生態與演化

生物多樣性的重要性 – 下

生物多樣性的重要性-下  (The Importance of Biodiversity – 2)
國立臺灣大學動物學研究所楊尚樺/國立臺灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

除了這些直接的助益以外,許多對人類經濟價值不高的生物,在生態系中卻扮演著重要的角色。最顯而易見的,是基石物種 (keystone species)。基石物種能利用食物鏈或其改變環境之能力影響其他的生物,如一種海星 (Pisaster sp.)生存在潮間帶,會補食貽貝、藤壺、鵝頸藤壺等生物,使這些生物的數量能維持平衡,當這些海星被移除時,競爭力最強的貽貝會佔據所有空間,使其他生物無處可棲,降低多樣性並破壞海岸景觀。

生物多樣性的重要性 – 上

生物多樣性的重要性-上 (The Importance of Biodiversity – 1)
國立臺灣大學動物學研究所楊尚樺/國立臺灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

回憶一下你(妳)剛才吃的晚餐有幾道菜?這些菜中,又包含了多少種生物?如果你(妳)今天餐桌上一半以上的生物都消失了,這頓晚餐是否也隨之索然無味了呢?不幸的是,我們的地球正在一步一步走向這樣的處境,而帶來的影響不僅僅是失去美味的食物而已。

微演化(Microevolution)-下

微演化(Microevolution)-下
國立台南第二高級中學生物科王昭均老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

從化石的紀錄顯示出大約1000年前貓便開始與人類一起居住,新石器時代的早期人類聚落創造了一個全新的環境,因為有儲存野生穀物的地方,在與野鼠競爭的壓力之下,家鼠進駐了人類的居所和穀倉,而家鼠吸引了野貓,那些比較能忍受人類居住環境的野貓在天擇的壓力下開始在人類聚落中繁衍散佈。

微演化(Microevolution)-上

微演化(Microevolution)-上
國立台南第二高級中學生物科王昭均老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

微演化(Microevolution)是指一個族群經過少許幾個世代之後,產生的小尺度等位基因頻率改變,其變異程度為物種或物種以下,可能會經過下列過程:突變、天擇、基因交流、基因漂變及非隨機交配等。

微衛星DNA(microsatellite DNA)屬非蛋白質編碼區(noncoding regions),不受天擇作用,利用其為標記研究Inexpressible Island in Terra Nova Bay現生的企鵝族群及六千年前的企鵝骨骼化石,結果找到了南極大陸上的阿德利企鵝(Pygoscelis adeliae)族群微演化過程的證據。

趨同演化(Morphological Convergence)

趨同演化(Morphological Convergence)
台北縣私立南山中學生物科楊瀅涓老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

定義
在演化生物學中,趨同演化(Convergency)是指兩種親緣關係很遠的動物,長期生活在相同或相似的環境,發展出外形及功能相似的器官,此種器官即為同功器官。

屬於每個生命的本質在哪裡?談物種的「生態棲位」(Ecological Niche)-下

屬於每個生命的本質在哪裡?談物種的「生態棲位」(Ecological Niche)-下
台北市天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

而相同物種也可能佔據不同的生態棲位,且可能因此發生適應性演化。(例如:加拉帕戈群島(Galapagos Islands)的達爾文雀發生了適應輻射演化)。

此外,一旦某生態棲位空出來了(例如災難或地理隔離使生物滅絕),其他生物可以去填補該生態棲位,也可能因此發生演化、出現新種。另外,人為引入外來種,很有可能使外來種佔領、入侵本土物種的生態棲位,常導致外來種或入侵種的生物污染,威脅本土物種。

「生態棲位」也能描述一個個體或族群對「資源和競爭者的分佈」做出什麼樣的反應,並且如何改變資源和競爭者的分佈。例如:當資源充足而且掠食者、寄生蟲和病原體的數量稀少時,族群增長。因此也限制了其他利用相同資源的生物進入,改變了掠食者的食物來源和其他獵物的被捕食機會。

屬於每個生命的本質在哪裡?談物種的「生態棲位」(Ecological Niche)-上

屬於每個生命的本質在哪裡?談物種的「生態棲位」(Ecological Niche)-上
台北市天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

生態棲位(ecological niche)又稱小生境、生態區位、生態龕位、生態地位。此一名詞乃源於1 9 1 7 年J .Grinnel首創,凡生物在其所屬之生態系中各項因素所佔的地位,即以生態棲位稱之。每一種生物,都有其最適合生存、發展的整體環境,泛指:棲息地,食物來源,活動空間,成長繁殖方式,覓食地點、食物種類、營養階層、每日或季節性的生物節律…。「Niche」來自法文,意思即「Nest」(巢)。

直到1927年,英國生態學家C. S. Elton第一次定義了生態棲位的概念「當提及到”獾”,必須明確的想到他在群集中所處的位置,就像是提到了”牧師”,會想到他會在何時何地說些什麼」。簡單定義:生態棲位是在描述一個生物體是如何使自己在某處活命。

動物學家G. E. Hutchinson(1957)想知道「為什麼在任何一個棲息地裡頭有這麼多不同類型的生物」而使此一單字更加普及。

Hutchinson也稱生態棲位為”hypervolume”(超體積),意思為「多維的空間資源」包括:光線、營養、空間結構。此外,「生態棲位」不僅指生物居住的棲地,更包括了該生物扮演了什麼樣的角色?W. B. Saunders(1959)曾比喻「假設『棲地』是某個生物的住址,那麼『生態棲位』就是他的職業。」

生物間的交互作用(Interaction)

生物間的交互作用(Interaction)
臺北市仁愛國民中學自然與生活科技領域黃郁芸老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

假若某一生物族群存活於地球上,不受另一種生物族群存在的影響,這種情形稱為『無關共生』 (neutralism)。但對多數生物而言,常會與其他生物發生互動。生物個體間會彼此影響,此關係則稱為生物間的交互作用(Interaction)。可分為『種內交互作用』 (intraspecific interaction)、『種間交互作用』 (interspecific interaction)。

種內交互作用
同族群中的個體彼此間具有互動關係,例如:種內競爭(intraspecific competition)。

種間交互作用
種間交互作用可依影響性質分為種間互助性的交互關係,如:共生、原始共棲等;以及種間對抗性的相互關係,例如:掠食、競爭、寄生、抗生等。種間的交互作用,絕非偶然相遇或臨時湊合,而是生物長期演化的結果。因此在時間及空間上,具有可重複出現的現象。

不同族群間彼此影響的關係;其中最為常見的四種交互作用為:『食性關係』、『競爭關係』、『共生關係』、『寄生關係』。

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-下

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-下
台北縣立中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

如此劇烈的變化使得多數脊椎動物開始死亡,傳粉昆蟲更全數消失,反而是蟑螂等害蟲大量繁殖。氧氣在實驗開始時的初始濃度則是20.9%,在十六個月內逐步降低至14.5%,相當於海拔4000公尺,實驗者開始出現呼吸困難、舉步維艱之情形;出於無奈,1993年1月醫療團隊決定自外界注入氧氣,實驗宣告失敗。

對於氧氣濃度下降的原因,多數推測都指向土壤中的微生物。由於玻璃帷幕阻擋了部分光線的入射,使得微生物的呼吸作用有機會超過植物的光合作用,O2便逐漸減少;然而弔詭的是,二氧化碳卻沒有因此呈現增加的趨勢。這個謎團直到後來哥倫比亞大學的科學家使用放射性同位素進行調查,方才確認CO2會與建物中的水泥化合形成碳酸鈣,從而影響正常的碳循環,也導致了「氧氣莫名消失」的錯覺。

第一次實驗失敗之後,研究團隊在1994年重啟實驗,但由於管理階層的內部紛爭,實驗宣告草草結束。隔年生物圈2號的產權轉移至哥倫比亞大學,成為該校的研究基地,並整合為「第二生物圈中心」(Biosphere 2 Center),對外開放參觀。之後幾度轉手,目前由亞利桑納大學管理營運,做為研究氣候變遷之用。

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-上

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-上
台北縣立中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

科技的進步帶來人口擴張和後續的汙染問題;時至今日,你毋需是學有專精的科學家,也能隱約感受到自然界正保持著危險的平衡,而人類文明已來到關鍵的路口。人們的心中不免浮現一個共同的疑問:「在萬不得以的情況下,拓殖外太空是否可行?」為了回答這個問題,美國富豪愛德華‧巴斯(Edward Bass)在1986年時斥資兩億美元,於亞利桑那州沙漠興建了「生物圈2號」(Biosphere 2)。這棟佔地1.27公頃,由鋼骨和玻璃帷幕所建成之密閉建築物,其目的在了解生物圈的運作機制,並研究人類是否已具備模擬並取代自然的技術能力,乃至於最終能否透過科技的幫助,移居外星球。

在與外界完全隔絕的生物圈2號中,包括了海洋(含珊瑚礁)、熱帶雨林、稀樹草原(savannah)、沼澤(marsh)、沙漠等五種生物群系(biomes);以及生產糧食的集約農地(intensive agricultural area)、供人員生活其中的微城市(micro city)和實驗監控用的技術圈(technosphere)等三種人造區域,其運轉的能源則來自太陽能以及外界供輸的電力。1991年,八位志願者進入生物圈2號中並完全與外界隔離,預計進行為期兩年,完全自給自足的生活。

Pages