生物多樣性與演化：你的終極溫習指南！
各位同學！歡迎來到生物學中最引人入勝的課題之一：生物多樣性與演化。你有沒有想過為什麼地球上有這麼多不同種類的動物和植物？或者生命在數百萬年來是如何演變的？本章將為你解答這些問題！
我們將探索科學家如何組織令人難以置信的生命多樣性（這就是生物多樣性！），並揭示這種多樣性是如何形成的（這就是演化！）。這就像當偵探一樣，從過去的線索拼湊出對現在的理解。別擔心聽起來很複雜；我們會一步一步地拆解它。讓我們開始吧！
第一部分：生命令人驚嘆的多樣性——生物多樣性與分類
那麼，什麼是生物多樣性？
簡單來說，生物多樣性（'生物學多樣性'的簡稱）是指地球上生命令人驚嘆的多樣性。它包括從最微小的細菌到最大的藍鯨，以及介於其間的所有植物、真菌和其他生物。它也包括物種內部的多樣性（例如不同品種的狗）和生態系統的多樣性（例如熱帶雨林、沙漠和珊瑚礁）。
類比：把地球想像成一座巨型圖書館。生物多樣性不僅僅是指書籍的數量（物種），還包括每本書的不同版本（基因變異）以及圖書館的不同區域（生態系統）。
為什麼我們需要對生物進行分類？
地球上有數百萬種生物，如果沒有某種組織方式，我們將不可能研究它們。這就是分類的用武之地。分類是根據生物的共同特徵將它們分組的過程。
為何要費心分類？
- 為了理解多樣性：它為數百萬種生命形式帶來秩序。
- 為了便於辨識：它幫助我們辨識新發現的生物。
- 為了展示關係：它幫助我們理解不同生物之間在演化上的親緣關係。
類比：想像一下超級市場。如果所有的食品都隨機混在一起，要找到任何東西都會是場惡夢！我們將它們分類到不同的貨架，例如「水果」、「奶製品」和「零食」，以方便購物。生物學家對生物也採取同樣的做法。
命名系統：雙名法
為了避免與俗名混淆（例如，歐洲的「知更鳥」與美洲的「知更鳥」是不同的鳥類），科學家使用一套由卡爾·林奈（Carl Linnaeus）發展的通用兩部分命名系統，稱為雙名法。
- 每個物種都有一個獨特的兩部分科學名稱。
- 第一部分是屬名（開頭字母總是大寫）。
- 第二部分是種加詞（總是小寫）。
- 整個名稱都用斜體書寫。
例子：人類被稱為 Homo sapiens。「Homo」是我們的屬名，「sapiens」是我們的種加詞。
現代分類：生命的族譜
早期的分類是基於可見特徵的。但今天我們知道，外表可能具有欺騙性！現代分類是基於親緣關係，這意味著我們根據生物的演化歷史和共同祖先來將它們分組。我們利用化石、解剖學，尤其是DNA的證據來構建這棵「生命的族譜」。
你知道嗎？
分類系統並非一成不變！隨著我們發現新的物種或利用新技術分析DNA，我們的理解也在不斷變化。一位名叫卡爾·沃斯（Carl Woese）的生物學家利用遺傳證據提出了一個新的、更高層次的分類：三域。這表明科學總是在不斷發展！
三域六界
這是現代分類所有生命的框架。你可以將其視為生命之樹的三個主要分支，然後這些分支再細分為六個主要的群體（界）。
域一：細菌
- 界：真細菌
- 原核生物（沒有細胞核），單細胞生物。
- 這些是你常聽到的「普通」細菌，存在於從你的皮膚到土壤的任何地方。
域二：古菌
- 界：古細菌
- 也是原核生物和單細胞生物，但在基因上與細菌不同。
- 它們以「嗜極生物」而聞名——生活在溫泉、鹽湖和深海熱泉等極端環境中。
域三：真核生物（細胞中含有細胞核的生物）
- 界：原生生物
一個種類繁多的「大雜燴」界別。大多是單細胞真核生物。例子包括變形蟲和藻類。 - 界：真菌
大多是多細胞的，異養（從其他生物獲取養分），細胞壁由幾丁質組成。它們以吸收方式攝取養分。例子包括蘑菇和酵母。 - 界：植物
多細胞的，自養（透過光合作用製造養分），細胞壁由纖維素組成。例子包括樹木、花卉和苔蘚。 - 界：動物
多細胞的，異養（攝食其他生物），沒有細胞壁。大多數能移動。例子包括昆蟲、魚類、鳥類和哺乳動物。
一項實用技能：使用檢索表
檢索表是用來辨識生物的工具。它透過提出一系列兩難選擇（一對對立的陳述）來運作。透過在每一步做出選擇，你將逐漸被引導到該生物的名稱。
它是如何運作的（簡單例子）：
想像你發現了四種神秘生物（A、B、C、D）。
1a. 它有翅膀嗎？ .................................. 跳到 2
1b. 它沒有翅膀嗎？ ............................. 跳到 3
2a. 它有羽毛嗎？ ................................. 生物 A
2b. 它有硬殼嗎？ ............................ 生物 B
3a. 它有腿嗎？ .................................... 生物 C
3b. 它沒有腿嗎？ ................................. 生物 D
透過回答這些是/否問題，你就可以辨識出每種生物了！
生物多樣性與分類的重點提示
生物多樣性是地球上所有生命的多樣性。
我們對生物進行分類，是為了組織、辨識並理解它們之間的關係。
現代系統是基於親緣關係（演化歷史）。
所有生命都歸屬於三域和六界。
檢索表是辨識生物的工具。
第二部分：生命的故事——演化
演化是指生物種群在世代相傳的過程中發生改變的過程。它是連接所有生物學概念的核心思想。它解釋了最初簡單的生命形式如何產生了我們今天所見的驚人生物多樣性。
常見誤區！
演化並不是指單一生物個體在其生命週期內發生改變。例如，長頸鹿無法透過伸長脖子使其變得更長。相反，演化是發生在整個種群上，經歷許多許多世代。
生命起源於何處？
生命起源是科學界最大的問題之一。儘管有許多科學假說和解釋，但我們尚未有最終答案。關鍵是要明白，科學家們正不斷透過證據和實驗來調查這個問題，試圖理解在年輕的地球上，第一批簡單的生命形式是如何產生的。
變革的引擎：自然選擇
自然選擇是驅動演化的主要機制。這一思想是由查爾斯·達爾文（Charles Darwin）和阿爾弗雷德·羅素·華萊士（Alfred Russel Wallace）共同發展而來。這是一個簡單但強大的過程，可以分解為幾個邏輯步驟。
讓我們用助記詞V.I.S.T.A.來記住這些步驟：
步驟 1：變異（Variation）
任何種群中都存在遺傳變異。個體之間並非完全相同。（想想看：在你的班級裡，每個人看起來都略有不同。）這些變異來自隨機突變和有性生殖過程中基因的混合。
步驟 2：遺傳（Inheritance）
這些變異是可遺傳的，意味著它們可以從父母傳給後代。
步驟 3：生存競爭（Struggle for Existence）
生物產生的後代數量超過了可能存活的數量。這導致對有限資源（如食物、水和棲息地）的競爭。存在著「生存競爭」。
步驟 4：時間與適應（Time & Adaptation）（「適者」生存）
那些擁有最適合其環境的變異（適應）的個體，更有可能存活、繁殖並傳播這些有利的特徵。「適者」在這裡並非指最強壯的，而是指最能「適應」環境的。經過非常長久的時間，這些有利的特徵在種群中變得更為普遍。
經典例子：樺尺蛾
在英國工業革命之前，大多數樺尺蛾是淺色的，在淺色樹皮上偽裝得天衣無縫。少數蛾類因突變而變成深色。工業革命後，污染使樹皮因煤煙而變黑。此時，深色蛾類能更好地躲避捕食者，而淺色蛾類則容易被發現。深色蛾類存活並繁殖更多。經過數代，工業區的蛾群從主要淺色演化為主要深色。這就是自然選擇的實例！
創造新物種：物種形成
如果說演化是生命如何改變的故事，那麼物種形成就是故事中引入新角色（物種）的部分。它是產生新生物物種的演化過程。
新物種形成的「食譜」：
- 從遺傳變異開始：一個種群已經具備各種不同的特徵。
- 加入隔離：一道屏障將種群分為兩個或更多個群體。這種屏障通常是地理性的（例如新的山脈、河流或島嶼）。這些群體無法再互相繁殖。
- 經自然選擇篩選：被隔離的群體的環境可能不同（例如，一個島嶼多岩石，另一個多草）。自然選擇在每個群體中獨立作用，在每個地點選擇不同的特徵。
- 結果：經過數千年或數百萬年，這些群體積累了如此多的遺傳差異，即使它們重新接觸，也無法再成功地互相繁殖。它們已經成為兩個截然不同的物種！
來自過去的線索：演化的證據
我們如何知道演化發生了？我們有大量的證據，其中最重要的類型之一就是化石記錄。
- 化石是過去生物的保存下來的遺骸或痕跡。
- 透過觀察不同岩石層中的化石，我們可以看到地球生命的「時間線」。
- 我們發現較古老的岩石層含有較簡單的生物，而較年輕的岩石層則含有更複雜和多樣的生物。
- 化石可以展示物種隨時間推移的漸變，為演化提供了直接證據。
但化石記錄並不完美...
了解化石記錄的局限性很重要：
- 不完整性：化石化條件罕見，因此曾經存在過的所有生物中，只有極小一部分變成了化石。
- 軟體部分難以化石化：沒有堅硬部分的生物，如骨骼或貝殼（例如水母、蠕蟲），很少能形成化石。
- 化石可能被破壞：地質活動，如地震和侵蝕，可能會破壞化石。
由於這些局限性，科學家也使用其他演化證據，例如比較現存生物的解剖結構和DNA。
演化的重點提示
演化是指種群在世代相傳中發生的變化。
自然選擇是其主要機制，擁有更好適應能力的個體更有可能生存和繁殖。
物種形成是新物種的形成過程，通常涉及變異、隔離和自然選擇。
化石記錄為演化提供了直接證據，但存在局限性。