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2013年11月27日 星期三

動物界

開場白
再過ㄧ次段考,各位同學學習的國中生物課程就結束了,在開始介紹動物界之前,我想問大家,有誰講的出來學過哪些生物學內容?
能夠掌握課程大綱,這對穩定應考心情是很重要的,尤其是到了基測前的複習階段。我將這些課程內容系統化如下:



4-5動物界
 
言歸正傳,誰告訴我動物界與其種類的生物有何差異?
 
1.與原核生物界相比,動物有細胞核,屬於真核生物
2.與原生生物界相比,動物有細胞分工現象,屬於多細胞生物
3.與菌物界相比,動物沒有細胞壁與菌絲。
4.與植物界相比,動物沒有葉綠體,無法自行合成生存所需的全部有機物,屬於異營生物。儲存肝糖而非澱粉。
 
基於以上的差異,科學家將生物做出下列系統分類:


那麼動物本身的細部分類呢?目前已被確認學名的動物種類超過110萬種(參閱www.eol.org),並且依據下列特徵分門別類:(補充資料,不會考)
 
 
1.細胞分化程度:無分化現象(多孔動物)
2.胚胎發生時結構對稱型態:輻射對稱(刺絲胞動物)與兩側對稱
3.體腔種類:無體腔(扁形動物)、假體腔(線形動物)、真體腔
4.原腸發育差異:原口類(軟體、環節與節肢動物)、後口類(棘皮與脊索動物)
 
 
得到的系統分類如下:
 
 
主要動物分門的重點:
 
1.刺絲胞動物:刺絲胞,可用於捕食及防禦;消化道只有一個開口,稱為消化循環腔。主要種類有珊瑚、水母、水螅和海葵等,其中珊瑚礁(石灰質外骨骼),是海洋生物的重要棲地。
2.扁形動物:有梯狀神經系統及腦的形成,出現頭部專化現象,有前後腹背左右之分(兩側對稱),主要種類有渦蟲、吸蟲與絛蟲。
   3.軟體動物門:第二大動物門,主要種類有

   4.環節動物門:身體分節(體壁分節且體內器官重複)、♀♂同體、異體受精(體外受精)
蚯蚓無疣足、有幾丁質剛毛;水蛭則皆無。此外前者身體內外分節一致;後者則無此現象。
5.節肢動物門:動物界中種類最多的一門,身體分節,並有分節的附肢及外骨骼(有蛻皮行為)。主要種類有:
 

昆蟲有變態行為:生活史中無蛹期者稱為不完全變態,如蝗蟲;否則稱為完全變態,如蝴蝶。

6.棘皮動物門:主要種類有海星、海膽、海參等,都生活在海中,體表有棘,主要利用管足運動。
7.脊索動物門:具有脊索、背神經管及鰓裂三大特徵。又分成頭索動物亞門(文昌魚)、尾索動物亞門(海鞘)與脊椎動物亞門。其中種類最多的是脊椎動物,包括:魚類、兩生類、爬蟲類、鳥類及哺乳類。
a.魚類:鰓呼吸,生活在水中,依骨骼的特徵可分為軟骨魚和硬骨魚。
b.兩生類:幼體以鰓呼吸;長為成體後以肺呼吸。皮膚無法有效防止水分散失,需要保持溼潤,可協助氣體交換。主要種類有蛙、蟾蜍和山椒魚等。
c.爬蟲類:皮膚具有角質層、體表有鱗片或骨板,能防止水分散失;行體內受精;卵具有外殼保護,因此已完全適應陸地的乾燥環境。主要種類有蛇、龜、鱷、蜥蜴等。
d.鳥類:具有角質化的喙,前肢為翅膀,體表具有羽毛協助飛行與保溫。為適應飛行,骨骼堅硬中空且輕;肺延伸出許多氣囊,能因浮力減輕身體的重量;視力是所有動物中最好的,具有透明的瞬膜,飛翔時可閉起以保護眼睛。
e.哺乳類:體表具有毛髮,能保持體溫(內溫動物);母體能分泌乳汁哺育幼體。依據生殖方式可以分為三類
(1)卵生:孵化後由母體分泌乳汁餵哺幼兒(無特化哺乳器官),例如鴨嘴獸、針鼴。
(2)有袋類:胎盤不全,胎兒未完整發育即產出,需自行爬入母體的育兒袋中。例如袋鼠、無尾熊等。
(3)胎生:具有完整的胎盤,幼兒在母體內充分發育後才產出,如猿及人類等。

新書:孟德爾和了不起的豌豆實驗

下學期有遺傳課程,想讓同學體會一下孟德爾的工作,於是買了一些豌豆的種子自己先試試。嘿,沒想到豌豆能長出如此清新美麗的花朵!也許豌豆花朵展現出來的脫俗氣質,是孟德爾選擇此種植物當作實驗材料的理由之一吧。

 
今日逛網路書店時發現一本書:《孟德爾和了不起的豌豆實驗》。其中條列了幾句很有意思的話,請看:

孟德爾和了不起的豌豆實驗

 
孟德爾的悄悄話
*偷偷跟你說:讀書比工作好。我沒跟家人說,但我心裡已經打定了主意:我不要當農夫。(但農夫的貢獻絕不會不如學者,而且孟德爾之所以聞名於世,有一部份必須歸功於他的農耕工作呢!這給了我們一個啟示:趁著年少,多學點兒技能知識;牢記巴斯德的名言:機會女神只會眷顧做好準備的心靈。)
*我要認真讀書,將來變成偉大的科學家。可是讀書這件事愈來愈難。或許我不夠聰明,或許我的腦容量跟我家人一樣很小很小。(原來,埋怨讀書是件苦差事,不是一般凡夫俗子的無病呻吟,大師如孟德爾的成長過程中也有一樣的心境啊!呵呵呵...)
*克萊奇神父告訴我最普通的蔬菜也可以變成科學研究的對象的時候,擺在我們面前的正好是一盤煮豌豆。(原來如此。原來一直以來告訴學生們的漂亮理由[對偶性狀明顯、嚴格自花授粉、生活史短、子代多],除了漂亮,一點兒都不真實呀!)
*我花了足足七年的時間(怎麼不是八年?),總共栽植了兩萬八千株豌豆。不聲不響地,我用鋤頭在菜園裡發現了遺傳學定律。(孟德爾倒不覺得自己發現了什麼定律,事實上生物學領域內根本沒有定律,所有生物學家發現的原理都只能解釋一部分的自然現象,然後永遠會出現與原理相違背的生物。這就是生物的生存之道。)
    我寄了一份論文到英國去給達爾文。後來有人在他的書架上找到這份論文,完好如初,從來沒被打開翻閱過。(唉,太可惜了,否則以達爾文的聰明才智,一定能將遺傳與演化做完美的結合,也就用不著再等100年,讓那些所謂的新達爾文主義者為達爾文的演化論擦脂抹粉了。)

新書: Dr.Tatiana給全球生物的性忠告

原書導讀:
在演化生物學家眼中,「有性生殖」是難以參透的謎。
無性生殖的過程是一個變兩個、兩個變四個(無性生殖只需經過細胞分裂,對單細胞生物而言它們的個體數量是以這種等比級數的方式快速提升),以此類推,多多益善,而實行有性生殖的生物卻必須兩個生一個,這是頗為浪費的生殖方式:生殖細胞(=配子)必須經「減數分裂」才成熟,配子受精後親代各只提供一套基因組(=單套染色體上的所有基因組合,原則上可創造生物體的完整藍圖)進入子代;另一方面,實行有性生殖的族群,有一半成員根本不生殖。
生命史上最早的生物(=細菌)是實行無性生殖的,在那樣的族群中,怎麼會演化出有性生殖?(1940s發現細菌也能行有性生殖,但是過程中並沒有新個體產生,只是發生基因的移轉。因此現在廣義的有性生殖是指生物發生基因重組的過程。由此也點出有性生殖對生物最重大的意義:創造遺傳變異。)因為只要簡單的計算就可以發現,無性生殖個體所佔有的數量優勢,難以突破(繁殖速度快、子代多其特色)。而且,有性生殖族群容易遭到突變的無性生殖個體顛覆,因為牠們在很短時間之內,就能以數量優勢將實行有性生殖的個體排擠掉,最後整個族群都成為無性個體。
然而有性生殖似乎是生物界的主流生殖模式。此外,無性生殖物種絕大多數都是最近演化出來的,可見無性生殖物種容易滅絕意即不利於演化。這是怎麼一回事?
原來基因突變可提供生物演化的素材,但突變有兩大特徵:稀少 、大多數有害(前者是因為DNA複製時DNA聚合酶有校正遺傳訊息的功能,可以修正遭到篡改的DNA序列;後者則是因為現存基因都是億萬年來篩選的結果,理論上都是有利生物生存的,故基因突變的結果通常有害。)因此,最可能出現的是,不同個體分別擁有不同的有利突變(環境總是在變化,因此如果基因突變的結果剛好能讓生物適應改變後的環境,這樣的突變便是有利的突變)。有性生殖是使有利突變在個體中聚積、在族群中散布最迅速的方式。兩個個體分別帶有不同的有利突變,生下的孩子,每個都結合了親代雙方的有利突變,生存與繁殖的機會因而大增。
這類理論的問題在於,無性生殖個體在很短時間內就能繁殖大量後裔,佔據整個生態系,實行有性生殖即使有好處,似乎也緩不濟急。
到了一九八○年代,英國演化生物學名家漢彌爾頓(W. D. Hamilton , 1936-2000)另闢蹊徑,發明「紅后原則」解釋有性生殖的起源與功能。
漢彌爾頓的靈感來自先前已知道的事實:長期而言,無性生殖物種容易滅絕,所以我們找不到古老的無性生殖物種。而有性生殖似乎的確能使物種與時俱進、迅速演化。
為什麼要迅速演化?驅力是什麼?漢彌爾頓的答案是:因為生物必然要相互依賴(剝削),而無所不在的微生物病媒,是驅使生物演化的力量。努力,是為了不遭淘汰,故步自封,註定滅絕。
除了使有利突變在個體中匯聚、在族群中迅速散布,有性生殖還有一個重要特徵,就是基因重組,(還記得838860870兆這兩個數字的意義嗎?它們是人類有性生殖時所創造出來的不同染色體組合數,也就是基因重組)也是對抗寄生病媒的利器。有性生殖使子代必然與親代不同,每個個體都不一樣,因此寄生病媒不容易輕易「鎖定」。
但是,無論有性生殖有多大功能,任何涉及合作的事業,都是孕育背叛與剝削的溫床。有性生殖的演化,必然導致戰爭。
依定義,凡是生殖細胞可以發育成胚胎的個體,是雌性;生殖細胞無法發育成胚胎的,是雄性。
兩性戰爭的概念源自達爾文的「性擇」理論(sexual selection)。性擇理論的精髓是:兩性在生殖上的分工,必然會驅使兩性發展不同的生殖策略。以哺乳類為例,雌性身體是一架自給自足的生產機器,雄性只負責下種。雌性一旦受孕,雄性即使留在她身邊,也「無事可做」,不如另找一個雌性下種。雌性必需懷胎、哺乳,使得兩性完全沒有平等「談判」的基礎。因此哺乳類的雌性,絕大多數都放棄拉雄性分擔親職的念頭。
因為雌性的身體是產能有限的生產機器,數量也有限,對雄性來說,是稀少的生殖資源,爭奪的對象,所以雄性之間必然會發生慘烈的鬥爭。另一方面,族群中所有雌性,只要少數雄性負責播種,就能產能滿載,因此雌性只需睜大眼睛,坐待脫穎而出的雄性上門就行了。於是雄性間有劇烈鬥爭,而雌性之間幾乎沒有生殖成就(fitness)的差異。
這個傳統看法的最大問題在於,它使雄性成為物種演化的驅力。但作者企圖扭轉此一見解。在自然界,兩性關係沒有固定模式,兩性鬥爭的招術更是五花八門,而萬變不離其宗,關鍵在「積極追求生殖利益的雌性」。作者引用大量田野實例,功力表現在全書的組織上。讀者應留意的是:自然界的祕密,藏在細節裡,我們必需掌握大量細節,才能參透自然。

 

新書:微生物搞怪學

一粒沙見世界

辛波絲卡
 

1+1=2,這個式子是數學世界的真理,然而,大自然似乎不那麼喜歡一成不變。
一個鈉原子加上一個氯原子會變成一個全新的物質—氯化鈉,也就是鹽;相較於它活潑又有劇毒的母原子(因為化學活性非常高),鹽非常穩定且無毒(當然是指一定濃度下)。生命世界是建築在物理與化學原理之上的系統,自然也是變化多端,例如大家耳熟能詳的生物的組成層次:有機大分子à胞器à細胞à組織à器官à器官系統à個體à族群à群集à生態系à生物圈,在每一個低階階層集合成為高階階層的時候,都伴隨著新性質的浮現;意即創造出新的生物構造與功能。於是生物學變成一門複雜的科學,讓人難以預測與完全掌控。
人類既是生命世界的一員,自然有尋求延續生命的最原始本能。所以就算生物學已經變成一門複雜又有些難懂的科學,生物又總是讓人難以預測與完全掌控,但在求生的強烈動機下,人們必須理解生命獨特的運作原理。
從最簡單的生物下手吧,主角終於登場:微生物。
內容暫且略過不提,總之就是輕鬆、有趣、又令人拍案驚奇。
出版資訊:天下文化
http://www.bookzone.com.tw/Publish/book.asp?bookno=WS120


20200827
後記
搜尋微生物搞怪學,我可以理解,搜尋微生物搞怪學心得,這是什麼意思?

新書:不是資優生,也能出類拔萃

先前說過我反對科展活動(為什麼科展?),那是因為我覺得整個過程太假,根本是對「科學」這兩個字的污辱。那麼什麼是真正的科展?剛剛出版的一本書,記述的就是許多參加科展的學生的故事;非常漂亮的心路歷程,期望自己的發現、創造能夠改變世界(未必是大家想像中世界,往往需要改變的,只是自己生活中的小小天地),讓世界變得更好。你也有相同的企圖心嗎?請看這本書。(已經很久沒讀到讓我就算熬夜也要讀完的書了)

 

科展永遠充滿驚喜,但這並不保證結果都令人滿意。本書介紹的參展選手,有些得名,有些失敗。但不管輸贏,科展讓所有孩子都改變了。雖然我只是旁觀者,但我得說,科展也改變了我。

這個世界雖然充滿壞消息,例如全球暖化、核擴散、科學教育的沉淪等等,但是科展永遠為我們帶來希望。科展讓我們相信這個世界或許不如想像的那麼糟。

撰寫本書的過程中,我深刻認識到這些孩子如此勤勞、謙遜又令人心疼。他們改變了我對青少年的所有看法,他們的能耐讓我刮目相看,也讓我了解,一個人只要有心,無論是八歲還是八十歲,都可以創造奇蹟。
 

書的背頁編輯提出了幾個問題讓年輕人思考:
在家裡,父母支持你的選擇嗎?
在學校,老師看得出你的潛力嗎?
你知道你自己的目標在哪裡嗎?
你,對未來有什麼想像?
 
你開始思考了嗎?
 
然後呢?
 

2013年10月5日 星期六

孟德爾遺傳律之外

孟德爾以他極為聰明的腦子為我們歸納出三條遺傳法則:顯性律、分離律與自由分配律。但是生物能在危機四伏的地球上延續近40億年的生命,其複雜程度,豈是孟德爾僅從豌豆身上就能完全窺見的。因此,後世的科學家會發現許多生物的遺傳現象並不符合孟氏的遺傳律,其實並不令人覺得意外。現在我就將中學會談到的幾種孟氏遺傳律之例外情況,一一說明。

一、中間型(intermediate phenotype)遺傳又稱不完全顯性(incomplete dominance)遺傳:

        不符顯性律,意即異型合子(Aa)並非如孟氏所言,此個體的性狀表現,將由顯性遺傳因子(A)來控制;異型合子並不表現顯性性狀。

        中間型遺傳又分成兩種狀況:

     a.半顯性

          P:紅花(RR) × 白花(R’R’)
          F1:粉紅花(RR’)
          F1的基因型中,不同形式的兩個基因都無法表現出它們原來控制的表現型,因此無所謂顯性基因或是隱性基因,最終性狀是由兩個基因互相「妥協」後產生的,所以稱半顯性遺傳。

     b.等顯性(codominance)

          P:A型血(IAIA) × B型血(IBIB)
          F1AB型血(IAIB)
          F1的基因型中,不同形式的兩個基因都可以表現出它們原來控制的表現型,因此也無所謂顯性基因或是隱性基因,最終性狀是由兩個基因互相「僵持」後產生的,所以稱等顯性遺傳。

巨觀上,某基因被稱為顯性是因為它在表現型中可見,而不是因為它在某種程度上抑制了隱性基因。 從分子層次上看,當顯性基因與隱性基因在雜種個體中共存時(異型合子),它們實際上不相互作用以豌豆種子外型為例,顯性基因(表現型為圓形)決定一種酶,可將種子中的直鏈澱粉轉化為支鏈澱粉,因為直鏈澱粉可溶於水、增加滲透壓,所以當直鏈澱粉被轉化為支鏈澱粉後會降低種子的滲透壓,以減少水分的滲入。反之,隱性基因(皺紋)則製造出這種酶的缺陷形式,因此可以維持、累積直鏈澱粉以提升種子滲透壓,從而導致過量的水滲透進入種子,將來種子失水乾燥後,它就會起皺。在雜種個體中,顯隱基因互不干擾,可以產生澱粉支鏈酶,也能製造出缺陷支鏈酶,由於只要一個顯性基因便能產生足夠的澱粉支鏈酶,以去化直鏈澱粉、降低種子滲透壓,這意味著同型合子與異型合子具有相同的表現型:圓形種子。(改寫自Campbell Biology 2014版)

上述文中所謂的妥協僵持是從巨觀層面上的解釋並非微觀分子層次上的事實。基因是顯性、不完全顯性還是等顯性取決於觀察者對性狀表現型的分析。

二、複對偶基因遺傳:

          不符分離律,孟氏告訴我們,生物的性狀由成對的遺傳因子所控制,該因子在形成配子時互相分離。然而控制複對偶基因遺傳之性狀的總基因數超過兩個(對族群而言),以人類ABO血型性狀為例,控制此性狀的基因共有3個:IAIBi,其中IAIB相對於i為顯性基因(我很訝異,有些同學讀到這段文字時,居然會以為「i為顯性基因」,IAIB是隱性基因!不知道 國文 老師知道後會不會吐血?)

          值得注意的是,複對偶基因遺傳除了在總基因數與孟氏遺傳律不吻合外,其餘內容則皆可以孟氏遺傳律來做推理與說明。例如,一對夫婦的血型為A and B,若已有一O型血男孩,則可推出此夫婦的基因型為IA iIB i 。換言之,個體細胞中控制ABO血型的基因數仍是2,並且仍然遵守分離律。

          記憶重點:符合複對偶基因遺傳的性狀,其控制基因數在族群中超過2個;惟個體內仍僅有2個控制該性狀的基因。圖解如下:



三、多基因遺傳又稱量的遺傳:(高中課程)

          情節與複對偶基因遺傳相似,二者的差別在於符合多基因遺傳的性狀,其控制基因數在族群中超過2個;且個體內仍有2個以上控制該性狀的基因,如人類的身高、膚色與智力等性狀即符合此類遺傳。圖解如下:




 符合多基因遺傳的基因具有下列性質:

     1.對控制的性狀具有相同影響力
     2.表現型程度與基因數量成正比
     3.基因(性狀)的發生機率在族群中呈常態分布

延伸閱讀:為什麼多基因遺傳的性狀呈現連續性變化?

四、性聯遺傳(高中課程)

          不符自由分配律,某些基因落在X染色體上(Y染色體上通常無其對偶基因),該基因所控制的性狀與性別聯鎖出現,如人的色盲、血友病等。因為雄性僅有一條X染色體,故只要一個隱性基因便可表現隱性性狀,這說明了雄性為何較容易罹患性聯遺傳相關之疾病。

2025學測


孟德爾因子?嗯,又是一個新時代的產物。從前都是這麼教的:


這題若以從前對孟氏分離律的理解真不知道該如何作答;例如 C 選項(參考答案為BCD),單一孟德爾因子 怎麼能或不能表現分離律,基因明明不可分割,難道是單一孟德爾因子 等於成對的等位基因  顯然當前的孟氏分離已經不是我從前認識的分離了... 咦,好像怪怪的喔,對比 E 選項中 完全 二字的敘述... 噹~~ EUREKA!這題根本不是在考生物,考的是中文啦;C選項的... 單一 ... 等於僅由。唉,命題者的中文語意表達能力實在讓人不敢恭維。(故不能僅由孟德爾分離律來解釋 就沒有被誤解的疑慮了;孟德爾分離律的意涵已包含所謂的孟德爾因子,所以在句子裡同時出現分離律與遺傳因子實屬贅詞。還有這題,你自己都說是小苗了,當然是小葉片,誰能在此時得知你企圖表達的是該植株已發生遺傳變異?你這分明是要考生用選項去回推題幹在問什麼,大考試題能這樣亂搞嗎 -- 不曉得你在問啥,我怎麼回答!)


發現其邊緣長出小苗,成熟後,葉片明顯小於母株
瞧,這樣的敘述是不是比較周延且符合題意

20250423
號外!
中、英兩國科學家共同揭曉了孟德爾所選豌豆七對對偶性狀在基因層次上剩餘的未解之謎 --


論文

評論

達爾文的天擇說(文字版)

        在賴耳的地質學原理、馬爾薩斯的人口論等書籍的啟發以及達爾文自己養殖家鴿的經驗並完成加拉巴哥群島之旅後,天擇概念的架構已經在達爾文的心中建立起來。但是基於自身的宗教信仰,達爾文並不打算在他有生之年發表他的學說,而是交給他的夫人請她代為發表。但接下來發生的事卻出乎達爾文的預料,一位年輕的科學家華萊士,獨自在馬來半島上做研究,並將研究結果寫成論文寄給達爾文看

        科學的發展是集合眾人之力完成的,因此許多自然現象的原理,常會被不同的人,在幾乎相同的時間裡發現或證明。近期最有名的例子就是AIDS的病原體HIV(人類免疫病毒又稱愛滋病毒)1984年同時被美、法兩國的科學家分離出來。(附註:2008年諾貝爾生理醫學獎得主之一是發現HIV的法國科學家,這樁科學史上的疑案就此畫下句點。)

        話說達爾文在讀了華萊士的論文後,差點兒沒昏過去,自己研究了大半輩子(50)的天擇理論,居然就這麼被一位年輕人(35)給解開了。達爾文原本也想讓賢的,好在有許多達爾文的科學家朋友深知達爾文在演化學上的功力,因而勸他與華萊士聯名發表天擇論文,這才使他打消放棄的念頭,並在1858年發表了影響後世極為深遠的演化論。你想想,有誰能夠撼動上帝的地位?能有這樣的本事,你說達爾文的演化論,影響大不大?今天我還是把焦點擺在科學事實上,至於後續影響就給科學史學家們去研究與探討了。

        達爾文的天擇說,到底說些什麼?等等,前面不是說華萊士與達爾文聯名發表的嗎?那華萊士呢?雖然華萊士很敬重達爾文,但在一件事情上卻和達爾文意見相左,就是人的智慧。達爾文認為人類的智慧是演化上最極致的表現,單憑這一項本事,人類無需有像獵豹般的速度、河馬般的力量、鱷魚般的防護盔甲所有你想的到有利於生存的特質,人類的智慧都可以替代,因此人類所向無敵。此外人類的智慧還為我們帶來一項其他生物沒有的本事,預測。至於預測的好處,只要你去問任何人想不想有這個能力?你就應該知道答案了。但是華萊士卻認為人的智慧是上帝的傑作,因此兩人便漸行漸遠,後來達爾文獨立完成《物種原始》一書,攀上學術生涯的頂峰,反觀華萊士則無重大研究成果(當然,更可能是我才疏學淺、孤陋寡聞所致),因此後世便把演化論的桂冠完全給了達爾文。

        言歸正傳。天擇說,到底說些什麼?以下圖說明之:


註解
        1.產生變異:基因突變、基因重組à演化的原動力
        2.過量繁殖:普遍的事實(請勿寫成大量繁殖)
        3.生存競爭:食物、空間à取得生殖權:意即傳遞DNA的權利
        4.在適者生存與不適者淘汰過程中物種的形象發生變化。
           若從基因的角度思考便是:基因在族群中的發生頻率改變性狀由基因控制 基因發生 頻率改變即改變物種形象
        5.
適應策略包括:
           a.型態適應:枯葉蝶保護色、箭蛙的警戒色、竹節蟲的擬態、風媒花
           b.生理適應:冬眠、有害生物的抗藥性(這是天擇不是人擇,就算抗生素與農藥是人施放的)…
           c.行為適應:蛾類晝伏夜出

有關天擇說的其他重點:
        1.天擇可以決定生物演化的結果(方向)。
        2.因為環境的變化(天擇)無法預測,所以演化並無方向性。
        至於生物的形象為何在天擇的作用下會發生改變,我再用一張圖說明一次:



        天擇說講完了,綠青蛙可用天擇說解釋、黃蚱蜢也可以、針狀葉的仙人掌、人的尾椎數不清的例子支持達爾文的天擇說,所以除非你是宗教基本教義派,否則天擇說的真實性,還真是無庸置疑。但是你怎麼解釋華而不實的孔雀的尾巴?天堂鳥的羽飾?還有看起來有點兒蠢的漂亮金魚?(我有在影射那些伸展台上,光鮮亮麗的人們嗎?喔,不。我發誓我絕對沒有那個意思!)

        讓我們先想想下面的問題:據說(因為我沒看過武俠小說)東方不敗為了練成絕世武功,把自己給閹了。毫無疑問他是最強的,沒人傷的了他,更別說會要了他的命。套到我們現在正在討論的課題上就是:東方不敗這個個體的生存優勢極強,原本是屬於適者生存的那一群人。但是,他卻沒有辦法產生子代!你想,在演化過程中,這種人會受到大自然的青睞嗎?顯然不會,大自然要的是最多的DNA。既然大自然未必喜歡最強的個體,而是選出最有效率的DNA複製、傳遞者,於是就有些「投機取巧」的物種,乾脆放棄追求最有效率的獵殺與最有效率的逃避之類的武器競逐,投身到「健美」或「整形」市場,以「美」取勝。我為何非得跟其他同種個體拼個你死我活,我的生存目的很單純,就一個:傳遞我的DNA。或許孔雀很容易因為拖著那束漂亮的尾巴(其實動物們並沒有那樣膚淺,漂亮的羽飾與壯觀的開屏行為背後代表的是健壯的體魄和健康的生理機能),而被掠食者捕捉;但因為更容易吸引異性,而達成傳宗接代的目的,因此孔雀在演化的過程中存活了下來。達爾文說這是性擇。

        那金魚呢?這是人擇。對生物的特定性狀以滿足人類的需求為選擇標準,不符人類需求的個體便遭淘汰,長久以來的育種行為便是一種人擇的過程。因為人的淘汰力量比環境的更精準且快速,所以人擇的速度比天擇更快。最後再補上兩大演化觀念的比較:


延伸閱讀
天擇說的雜音
天擇模型的探討
雞生蛋?或是蛋成雞?

20190408
趣聞:

勿進添則;為什麼第一個就是我?不,我絕不承認!我發誓,課堂上我絕對不曾寫過勿進添則!


不信邪,試試Google大神,嗯,果然是大神,比較正常一點,第二頁我才出現。冤枉啊~~~

 

關於ABO血型的輸血問題

由於陸續還是有同學提出相同的疑問,我想就再花點兒時間說明一次。但請注意,部分內容超過國中範圍,因此出現在考題上的機率不高。

問題如下:O型血是全輸血型,也就是說O型血可以輸給任何需要血液的人,課堂上我列出下列表格說,A型血的紅血球(RBC)細胞膜上有A-抗原(Ag,可引發免疫反應的外來物質),血漿內則有對抗B-Ag的抗體(Ab,由免疫細胞中的B淋巴球負責辨識後,產生對特定Ag有專一性結合的蛋白質)
那麼假設將O型血輸給A型血的人時(上表中箭頭1)O型血之血漿中的抗A-Ab難道不會去攻擊被輸血的人紅血球上的A-Ag(上表中箭頭2)而造成輸血後的傷害嗎?

答案是:會,如果輸全血的話。既然如此,那麼O型血怎能說是全輸血型血液呢?

我的解釋如下:

首先為何O型血是全輸血型血液呢?理由很簡單,因為O型血的RBC上無相關抗原,不會引起被輸血者產生相關的免疫反應。而AB型血液內的RBC帶有A and B Ag,不論輸給AB or O型個體皆會引發強烈免疫反應,故不能輸血給上述三種人。再回到O-->A的問題上,有兩點說明:

1.其實,一般實務上的輸血行為並不會輸全血(意思是不會將血液中的血漿與血球都直接輸入患者),而是醫護人員會視患者的病情輸予特定分離後的血球或血漿。這樣的話就不會出現上述的問題了。

2.就算是輸全血,上述輸血狀況所造成的傷害也很有限。理由是O型血的血漿中雖含有抗A-Ab,但量不會太多。這是抗體的特殊行為,以下圖說明之:


抗體的濃度只有在受到相同抗原的連續刺激時才會維持在高水準之上(如圖中甲位置後的向上趨勢),一般在無抗原刺激時,特定抗體的濃度很低(如圖中甲位置)。因此,當O型血血漿中的抗A-Ab輸到A型個體的體內時,的確會有部分自身的RBC遭到攻擊。但由於每百萬分之ㄧ公升的血液裡含有多達5~6百萬個RBC,因此這個破壞極其有限。不過,若輸入的抗體與RBC結合後的反應不是溶血而是聚集成團的話,那麼危險性就會大幅提升。因為微血管可能被堵塞,而堵塞的位置若發生在腦部便是中風,後果不堪設想。

結論是,如果要輸血,還是以相同血型為最佳選擇。

至於,A型血不能輸給B型血個體的原因在於,A型血的RBC上帶有A-Ag,這個抗原會刺激B型血個體發生強烈的免疫反應,因而產生大量對抗A型血液中RBC的抗體,這將使輸血失敗甚至產生嚴重後遺症。其他血型不能互輸的理由都一樣,請自行推論。


附記:最近有科學家從數百種細菌與真菌身上找到一個特殊的酵素,它可以將ABAB型血轉變成O型血,用以解決輸血上的問題。這種上窮碧落下黃泉的精神實在令人敬佩,也能成為同學們效法的榜樣。


雞先?蛋先?

        教書多年,學生一年一年的換,當中總有一些想法奇特、勇於挑戰的同學。然後無可逃避的問題一定會出現:到底是雞先出現?還是雞蛋先存在?類似這種關於起源的問題其實都不容易回答,就算給了說明也難以教人完全信服,誰叫我們這些教自然科學的老師們,總是強調證據的重要性,不給證據要人相信?免談!但是要我們上哪兒去找第一隻雞?或是第一個雞蛋?

        幸好人類具有理性,願意相信經由合乎邏輯的推理後所得到的結論。換言之,間接證據經由一些已知事實的串聯,也能逼近事實的真相而令人相信推論結果為真。讓我們就在此基礎之上來瞧瞧雞先或蛋先?

        首先轉換一下題目的問法。雞這個物種的起源是從一隻活生生的雞開始的呢?還是雞蛋?既然涉及物種的觀念,當然就必須知道生物學上物種的定義具有相似的解剖構造,在自然狀況下,可以自由交配且能產生仍具生殖能力之子代的生物群。由此定義可知,要判斷兩個個體是否為同種,生殖與否是關鍵,若個體間發生生殖隔離,不論他們的外型多相似,都不是同一物種。

        討論到這裡時,偶爾有些同學會問:兩個男人或女人都不符合上面對同種的定義,難道所有男人或所有女人皆非同一物種?這顯然與一般常識互相違背。這問題不難解決,假設甲君與乙君是男人、丙君是女人,若甲與丙結婚後育有一子(當然必須仍有生育能力),則甲丙同種。之後若甲丙離婚,丙又與乙再婚且有子嗣,則乙丙同種。=丙、丙= =乙。

        再回到雞的問題上。講到物種起源,達爾文的演化觀念當然也是必備的知識,它的精髓在於:物競天擇、適者生存。如下圖。

由上圖可知,若演化過程只是適者生存,新種大概也出不來了。因此延伸天擇說做出下列推理:當生物族群的生存壓力過大時,族群內的部分個體選擇以遷移的方式避免競爭所帶來的傷害。若能在新的環境中延續種族,並隨著時間的推移,漸漸的因為地理隔離,逐步累積與原族群間的遺傳變異,最後造成與原族群間不再能有遺傳物質的交流,即生殖隔離已經發生。此時一種全新的物種便誕生了。套用在雞身上,可用下圖說明:




看到這裡讀者大概已經知道答案了:雞的起源來自一隻不是雞的生物所產下的一個(或一些雞)蛋。

        我常常告訴同學,提出好問題是學生的職責,最好還能在討論或回答問題的過程中激發出新的問題。就拿現在正在討論的物種起源的題目來說吧,若將這個問題延伸到極致,將會是:生命的起源是什麼?或最初的生命如何誕生?在上個世紀中葉,已有科學家對此提出初步解釋。由於DNA螺旋雙股結構約莫在同一時期解密(由華生與克立克在女科學家羅莎琳.富蘭克林的協助下共同發現),當時生物學界瀰漫在一種極度樂觀的氛圍中,以為在試管裡創造生命將指日可待。沒有想到半個世紀過去了,當初的夢想依然還是個夢。足堪告慰的是,在解夢的過程中,人們對生命還是有了更新的認識、更多的驚喜。未知、難解的生物課題還是很多,立志從事研究工作的同學們,未來還在等著你呢!