生命科學

生命自會找到出路—-談適應輻射(Adaptive Radiation)

生命自會找到出路—-談適應輻射(Adaptive Radiation)
桃園縣立桃園國中自然與生活科技吳俊儀老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

適應輻射(adaptive radiation)是指一個族群,經過不同環境的適應而演化出各種不同物種的現象,此一現象最常發生在連串群島中。在特定條件下的迅速演化,出現新的演化機會(突變等)或環境改變得很快時,ㄧ些物種的後代在特定的環境中,成為各種新而獨立的物種的祖先。ㄧ個環境開放給新物種遷入的時候,會發生「適應輻射」的現象,例如孤立在海洋的島嶼群,或是有些生物的演化形成構造上重大的改變時,適應輻射現象可使他們可以找到適應新環境的生活方式。

利他行為(Altruistic Behavior)-下

利他行為(Altruistic Behavior)-下
新竹市私立光復高中生物科呂佳毓老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

漢彌頓也提出一個測量法來定量天擇有利近親間利他行為。這個測量法中有三個變數:接受者的利益(B)、利他者的損失(C),以及親緣係數(r);其中獲益B是指在接受利他行為後所得到額外的子代數量;而損失C則是利他行為所減少的子代數量;親緣係數(coefficient of relatedness)的值為一個體內某一基因出現在另一個體中的機率,例如一對兄弟,哥哥體內的任一個基因出現在其弟體內的機率是50%;因此對手足而言,r為0.5。

那麼當:B / C > 1 / r    或   rB > C時,利他者就會表現出利他基因,進而產生利他行為。這一公式所表述的思想就是著名的「漢彌頓氏法則」(Hamilton’s rule),由此公式可知,親緣關係越近時rB值亦隨之漸增,便越有機會產生利他行為。而透過利他行為來增進親屬間的生殖成功度之天擇稱為「近親選擇(kin selection)」。

生物地理學(Biogeography)-下

生物地理學(Biogeography)-下
國立苗栗高級中學生物科郭美貞老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

有些生物不必吃那麼多東西,體型較小,可以適應森林環境。

牠們會往山上遷移,氣候變暖時,可能有些回到中國北方,有些可能遷移到臺灣高山上成為所謂的孑遺生物。而這些環境變化就像是一個篩子,每次篩去一些生物,有的闖過,有的闖不過,這時,生物族群縮小,努力渡過的艱難期稱為「瓶頸期」,瓶頸期是生物物種的危急時刻,也是演化新物種的最好契機。台灣有許多特有生物,就是經過這樣的方式產生。

近年來,DNA序列資料已經變成最常使用來推測生物親緣關係的材料。例如粒線體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)是一個高度敏感的遺傳標記,適合用來研究相近分類群或物種內變異性高的族群間的關係。

生物地理學(Biogeography)-上

生物地理學(Biogeography)-上
國立苗栗高級中學生物科郭美貞老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

為什麼可愛的袋鼠、無尾熊只分佈在澳洲大陸?台灣曾經出現的古象與犀牛,為什麼現在都沒有了?

關於這些地球上生物分佈的問題,就是生物地理學(biogeography)研究的主題。生態體系的演化和地理的關係是非常密切的,地理限制的生物的遷徙,環境決定了能在此生活的生物,而生物也會改變地貌與環境,影響其他物種在此生存的能力。很早以前,生物學家就注意到這種關聯性,因此開始了生物地理學的研究。生物地理學的研究有兩個方向,一為探討現今生物分佈的生態生物地理學(ecological biogeography),另一個為關切大尺度時空下生物分佈的歷史生物地理學(historical biogeography)。

提到生物地理學,就不得不先介紹生物地理學之父-華萊士(A.R. Wallace, 1823 – 1913),他是英國極為傑出的田野生物學家。

華萊士在印度尼西亞 (Indonesia)一帶做野外生物調查時,分析陸生性動物在該地的動物相及群集 (Community)分布,漸漸在所蒐集的資料當中,注意到婆羅洲(Borneo)與蘇拉威西島(Sulawesi)、峇里島(Bali)和龍目島(Lombolk)之間,似乎有一條隱形的界線將兩邊的生物分開;界線以西接近東南亞的生物相,界線以東則接近新幾內亞的生物相。峇里島的鳥類與爪哇島幾乎相同,但在距峇里島僅約30公里的龍目島,卻只有50%的鳥類相同。為紀念他的發現,科學界將劃分這兩區的界線稱為「華萊士線」。而台灣和蘭嶼被華萊士線區分開來,分屬於不同的生態地理區。

共演化(Coevolution)概述

共演化(Coevolution)概述
國立苗栗高級中學生物科郭美貞老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

生物在演化的長河中,不但要適應不斷變化的環境,還必須隨時留意其他與它們關係密切的生物,如果演化造成A種生物改變,而這改變對它關係密切的B生物造成選汰壓力(selective force),使得B物種也跟著變,結果又回過頭去影響A物種,這種沒完沒了的演化軍備競賽(evolutionary arms race),或者是說兩種生物彼此在演化過程和方向上的相互作用,稱為共演化(coevolution)。

不過這種軍備競賽不是短時間就可分出高下,需要漫長的時間來演化。由於每個新的改變都會促使另一種足以相抗衡的發展,不斷的改變最後也許彼此關係還是維持不變,但是停止改變或是過度改變的一方,就會在激烈的生存競爭中淘汰。這也就是演化生物學裡著名的紅皇后假說(Red Queen hypothesis)。

趨異演化(Divergent Evolution)

趨異演化(Divergent Evolution)
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
趨異演化(Divergent evolution)是指兩個以上的生物特徵具有相同的演化起源,但在漫長的演化過程中,受到環境與其本身條件的限制而逐漸分化的現象,這個過程又可稱為適應。可經由觀察不同物種的形態或分子生物分析物種間的相似程度,是演化生物學的研究主題之一。

歷史
趨異演化由研究恐龍化石的美國古生物學家奧斯本(Henry Fairfield Osborn)在1902年首先提出的理論:一個原始物種為適應不同的生活環境,逐漸演化成許多不同的物種,是生物演化過程的一種表現。

例子
常見的例子是脊椎動物的四肢;脊椎動物來自相同的祖先,但由於不斷地競爭食物和空間等環境資源,每一種類的個體都必須儘量向外擴展而佔領許多不同的棲地,因而產生外形及功能相異的體型或器官。

為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-上

為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-上
台北縣聖心女中生物科教師許家榕/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

無論是哪一種繁殖策略,都是為了要有效延續族群的長期演化結果。

不同的物種有著大不相同的繁殖策略。產生子代數量不多的動物,能投入更多資源以培育和保護每個子代,也因此不需要產生那麼多數量的子代。反之,產生子代多的動物,可能投入較少的資源到每個子代,這些類型的動物常有許多子代出生後不久就死亡,但通常子代仍有足夠的生存個體數以維持族群。

例如人類,從出生至性成熟、甚至產生子代,就需要很多年後。但其他繁殖很快的物種,多數子代活不到成年。例如兔子(8個月後成熟,每年可以產生10~30個子代),平均壽命5~12年;果蠅(10-14天後成熟)每年可以產生多達 900個子代,平均壽命約一個月。

兩個主要的繁殖策略:K -擇汰(K-selection)和r -擇汰(r-selection)。

基因改造生物(Gene modified organism, GMO)的不孕處理-下

基因改造生物(Gene modified organism, GMO)的不孕處理-下
國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

舉例來說,科學家從土壤中的「蘇力菌」(Bacillus thuringiensis,簡稱Bt) 取得抗蟲基因(負責製造一種晶體狀蛋白質,對某些昆蟲來說是毒藥,但卻不會傷害作物和其他生物),將其轉殖到作物中表現,使此作物在種植時可免除蟲害,以降低有害農藥的使用,甚至可增加作物產量。

目前已經轉殖成功Bt作物有大豆、玉米、棉花及油菜等。在這利益的背後,科學家憂心的是基因是否會從基改植物流入其他植物,使獲得新基因的植物更具環境適應力而掙脫原有的生態階層,變成不畏懼原本天敵或農藥的超級植物?!雖然到目前為止還沒有報告指出有這樣的例子,但為了避免這類基因污染的情形發生,除了避免任意放養基改生物,最好的辦法莫過於不孕處理了!

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