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演化 宇宙

第 2 單元：演化 I. 202 10460. 演化 宇宙. 人. 物理系 侯維恕. 本著作除另有註明外，採取 創用 CC 「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣 2.5 版 授權釋出. 與美國之信仰與文化作對比 [ 閲讀 ]. ( 每人 ) 自己上網下載. The National Academies Press. 3 週教完. 演化與科學 的 內涵. 案例： Tiktaalik 的發現 演化： 現代生物學的 生物族群變異 科學求證 演化與信仰. 中心準則. ( ).

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演化 宇宙

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Presentation Transcript

  1. 第2單元：演化I 202 10460 演化 宇宙 人 物理系 侯維恕 本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出

  2. 與美國之信仰與文化作對比[閲讀] (每人)自己上網下載 The National Academies Press 3週教完

  3. 演化與科學的內涵 • 案例： Tiktaalik 的發現 • 演化： 現代生物學的 • 生物族群變異 • 科學求證 • 演化與信仰 中心準則 ( ) Bill Swindaman

  4. Tiktaalik 的發現 魚類為主 脊椎動物(vertebrates) 四足動物 (tetrapods)  上陸後發展四足？ “fishapod”在先！

  5. free dissemination 參考資料 人從猴子變來!? www.nature.com/evolutiongems

  6. Edward B. Daeschler et al.(2006)Nature440, 757-763  泥盆紀 Tiktaalik roseae ` Neil H. Shubin et al.( 2006) Nature440, 764-771 胸鰭 brianbrarian

  7. Edward B. Daeschler et al.(2006)Nature440, 757-763  泥盆紀 ` brianbrarian 扁平 非流線型 Edward B. Daeschler et al.(2006)Nature440, 757-763 

  8. 陸上早已有植被 “大淡水魚” ~ 375Myr Tiktaalik roseae 120 cm 鱗 鰓 鰭 水生 上看的眼 扁平的頭 肺 活動的頸 支撐的鰭 淺水、可上陸 “fishapod”: fish[tetr]apod Ex 試從Tiktaalik身體特徵及其他資訊推斷其食性。

  9. 魚 四足動物 Tiktaalik 從鰭到肢 ~ 從如 Tiktaalik 般的魚鰭中已有的結構、 關節與功能進一步精細發展、增生而來 Dave souza “fishapod” Haplochromis ArthurWeasley Den adaptive hukommelse。本作品轉載自http://mikebarnkob.dk/2011/hvordan-fisk-gik-fra-vand-til-land/，瀏覽日期2012/07/10。本作品採取創用CC「姓名標示─非商業性─相同方式分享」3.0版授權釋出。

  10. Paleontology Tiktaalik 的發現：藉演化「預測」在古生物學的勝利 Inuit話 2003年才發現 ! Dave souza 格陵蘭 80° 百萬年 已知 已知 預測時段 找 到  2003 發現 !! 1999 起，四次短夏探勘 淺灘彎曲 溪流系統 “軟” Ex 試簡述Tiktaalik的發現如何是古生物學的勝利。 Neil H. Shubin et al.( 2006) Nature440, 764-771

  11. a “Missing Link”: Water  Land 人從猴子變來!? Rex Dalton, Nature News, Published online 5 April 2006

  12. 粗略演化樹 (Evolution Tree) Tiktaalik 的發現，驗證了演化論的 預測，但它只是每年增加生物演化 論深廣度的發現之一。各樣的發現 不只來自古生物學，也從物理、化 學、天文及其他生物領域而來。 上陸嘍! 由於演化論得到極多觀察與實 驗的支持，絕大多數的科學家 不再問演化論是否成立，乃是 Dave souza 本演化圖由National Academies Press同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 研究演化究竟是如何進行的 !

  13. 演化：現代生物學的中心準則

  14. 生物演化論徹底改變了我們對地球生命的瞭解 • 生物多樣性(biodiversity)的科學解釋 ― 地球所有生命體屬於同一個族譜! • 看來不同的可以是近親 看來相似的關係可以遠 • 人類如何出現 「人種」間的相互關係 人類特徵從何來 • 如何對付不斷演化的細菌與病毒 特徵(Trait)： 生物體的生理 或行為特性。 DNA：去氧核糖 核酸，核苷酸連 結成的長鏈大分 子，其序列寫著 細胞生長、分裂 及製造蛋白質的 指令。 • 生物演化：生物體繁衍多代後特徵的改變 • 20世紀初發展的遺傳學(genetics)， 才明白親子特徵傳與後代的機制； 可遺傳特徵乃藉 DNA傳遞給後代 • DNA含有叫做基因(gene)的片段， • 管理蛋白質的生產  細胞生長及功能 • 指揮從(受精)卵發展成多細胞體  DNA負責確保繁衍後代時型態及功能的延續性 Dietzel65 蛋白質(Protein) 氨基酸連結成的 大分子，其序列 及三維結構決定 蛋白質的功能。 突變(Mutation) DNA核苷酸序列 改變，可導致蛋 白質結構或生產 管制的改變。 • 後代不一定全然像親代，同一物種中有些遺傳 差異的分布；有性生殖的物種，雙親的 DNA 重組 • 不論有性或無性生殖，隔代之間 DNA 可以突變

  15. DNA突變改變生物體特徵，可能 • 有害生存 在族群中繁衍後代機會下降 • 不關乎存活與成功生殖 • 使該生物體能更善加使用環境中的資源 在族群中繁衍後代機會增加 如 導致衍生 Tiktaalik的鰭的變化； 昆蟲的保護色；蒼蠅翼型或求偶行為 族群(Population) 一群同種 (species) 生物體，彼此距離 足夠相近，得以互 相交配。 • 演化的是生物族群，不是生物個體 • 在族群中繁衍後代機會增加  更多後代/承接新特徵  有新特徵之個體代代增加  該 DNA隨時間普及化 • 有害的 DNA會在族群中漸漸消失 生物體繁衍多代 後特徵的改變  生物演化 • 自然選擇(淘汰)與人工配種 NaturalSelection • 自然選擇是由大自然「選擇」有助個體生存與 生殖的特徵，使具該特徵的個體漸進成功生殖 • 自然淘汰可使妨礙生存與生殖的特徵減少普及 • 人工配種由人而不是環境挑選所要強調的特徵 • 人工配種發展了各類的家畜及園藝或農作物 自然選擇(淘汰) 因環境特性導致 個體存活與生殖 差異的過程。

  16. 演化與醫學： 對抗新傳染病 中國  香港、越南 及加拿大 ...， 數百人死亡。 2003年3月，UCSF團隊 用「DNA微陣列」，24小 時便認定為某科(family) 病毒未知的成員，很快得 到不同方法的驗證。 對演化的了解  找出 SARS 病毒 SARS 病毒與演化自 同祖先的病毒有類似 遺傳物質，而演化史 幫助科學家知道SARS 如何傳遞。 sarihuella SARS (2003)

  17. 演化與農業： 小麥的種植 從不同考古地點所找到的種子， 觀察其特性隨時間的改變， 科學家推論人類是如何改 變了小麥。自11,000年 前起，中東開始種植 植物。人們保留具 有喜歡特性的種子， 在下一季種下，「人 工篩選」出各類的作物， 建立「農業」。在許多代 之後，改變了野麥子的特徵， 譬如，種子在成熟後留在穗上， 卻容易與殼分離。 各地的人用類似過程將許多野生 動、植物轉變成今日的作物、 家禽與家畜。 近年來植物學家將小麥與 中東及其他地區的野生親 戚混種，交配出更抗旱、 耐熱及抗蟲之麥種。 最近，分子生物學家找出 造成優良特性的基因，將之 植入其他作物。這些進展是藉 對演化的了解來分析植物間的關 聯，並尋找改進作物的特徵。 KevinLallier 自然淘汰/選擇的概念被用在其他領域， 譬如找新觸媒將農廢料有效的變成酒精

  18. 生物族群變異

  19. 一千代要多久 ? 一百萬年會有幾代 ? 一代 千代 代/百萬年 細菌 1時 - 1日 42日 - 2.7年 87億 – 3.7億 貓、狗 2年 2,000年 50萬 人類 22年 22,000年 4萬5千 • 有些特徵在演化中是高度穩定的，e.g.細胞功能 • 自然選擇/淘汰可以在不同時程上有極不同的演化效應 • 一代之內便可發生微演化，譬如 許多病菌演化出抗藥性：抗生素殺死多數病菌，留下因基因改 變而較有抵抗力者，複製更多的自己，抗藥性因而累積增長。 結核病、腦膜炎、葡萄球菌、性病等已有多種抗藥性 • 微演化另一例：千里達島Aripo河的Guppies熱帶魚 • 河裡的Guppies不論成、幼，均被一種大魚所吃； 支流小溪裡只有幼魚是另一種魚的獵物 • 河裡的Guppies較小、成熟快、後代較多且較小， 但若放到原沒有Guppies的小溪裡，只要20代便 演化出如支流小溪Guppies的特徵 • 演化的些微變異，在長期累積之下可產生新型式 的生命體，甚至新物種 微演化 不導致新物種 的特徵改變 Marrabbio2

  20. 物種源始 • 新物種的產生：子族群長期只在子群裡交配的結果 譬如子群在 地理上與原物種隔離開 或子群在 資源使用上與原物種區隔開 漸漸，子群不再對原物種的呼喚回應 後來，即使交配也無法產生能存活或能生育的後代 [騾]  新物種「發苞」長出 Speciation • 藉新種的持續形成，極長時期之後可與祖先極大不同 • 新種與原生種相像，但接連的系列發展可與原生種歧異 [行遠自邇] • 演化變異若使新族群 ▸得以佔有新棲地 或 ▸發展資源的新用法  歧異或分離 (divergence) 可以格外戲劇化 譬如上陸後四足動物的持續發展 ▸新植物種演化並遍佈全地  新四足動物種以新風貌利用新環境 ▸早期兩棲類須回水中產卵。 但 ~ 3 億 4 千萬年前，藉有羊膜及硬殼 的蛋，胚胎可以在乾燥環境中生存  發展出爬蟲類 海龜回陸地生有硬殼的蛋

  21. 有袋類 Primates ~ 6千萬 – 8千萬年前 可抓握的手腳、 雙眼前視、更大的腦 本演化圖由National Academies Press同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 ~ 2億–2億5千萬年前  趨向「大」腦，感官、額骨、牙齒， 四肢從側面移到身體下面，雌性生殖 管道愈益能支持在體內發育後代 可能是溫血的演化，可以在更大的溫 度範圍內活動。

  22. 科學的定義 從證據出發，建立關於自然現象之可檢驗的 解釋與預測，並藉此過程所產生的知識。 科學求證

  23. 科學的定義 從證據出發，建立關於自然現象之可檢驗的 解釋與預測，並藉此過程所產生的知識。 科學的定義 從證據出發，建立關於自然現象之可檢驗的 解釋與預測，並藉此過程所產生的知識。 • 關乎自然現象 原則上可重複  可被他人獨立檢驗 • 任何科學解釋必須是可檢驗/驗證的 必須有可觀測的推論來支持想法， 或用以推翻解釋。 [除非解釋的框架提供可以反證的觀測辦法， 否則該解釋將無法被科學檢驗] • 觀測與解釋互相加強，因此科學活動是累積性的 觀測  解釋  科學的範疇與精緻度與時俱增 [因此科學的精確度有一定的範圍] • 有些科學解釋已被極徹底驗證，不大可能再有大的變動  科學家接受為對自然界的真實描述 例如：原子結構、基因遺傳、血液循環、行星藉重力運行 以及天擇的生物演化過程

  24. 演化論： 理論或事實？ 非 日常理論 是 科學理論 也是 科學事實

  25. 版 權 聲 明 頁

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