演化與生物多樣性

本關重點

• 演化（evolution）看的是族群中可遺傳表徵的比例隨世代改變，不是個體在一生中改變。
• 達爾文（Charles Darwin）天擇說（natural selection）：變異 → 遺傳 → 生存與繁殖的差異 → 有利變異的比例上升；所有生物來自共同祖先。
• 拉馬克（Lamarck）的「用進廢退、獲得性遺傳」是演化觀念史的一環，但後天習得的特徵不會遺傳。
• 演化證據：化石、同源構造、分子（DNA、蛋白質序列）比較；證據會改變分類，例如鳥類與爬蟲類的親緣、五界改為三域。
• 讀懂親緣關係樹：看共同祖先的節點，不看左右順序。
• 物種的形成與滅絕不斷累積，構成今日的生物多樣性。

核心觀念

1. 族群中的比例會變：胡椒蛾

胡椒蛾（peppered moth）有淺色型與黑化型，體色由基因決定。英國工業革命時樹皮被煤煙燻黑，黑化型在許多地區變得常見；空氣污染改善後又快速變少。2001–2007 年劍橋附近的野生族群中，黑化型比例由約 12% 降到約 1%。

馬傑魯斯（Michael Majerus）的大型釋放實驗共放出 4,864 隻蛾，黑化型被吃比例約 29%、淺色型約 21%，支持「鳥類在淺色樹皮上較容易找到黑化型」是主要的選擇壓力。

2. 拉馬克 vs 達爾文

天擇四要件可以記成：有變異、可遺傳、有競爭、差異存活繁殖。抗生素抗藥性細菌就是天擇的現代例子：抗生素不會「製造」抗藥性，而是淘汰不具抗性的細菌，使原本就存在的抗藥性個體比例上升。

3. 演化的證據

4. 從林奈到三域：分類跟著證據改

• 林奈（Carl Linnaeus）建立二名法與「界、門、綱、目、科、屬、種」的階層分類。
• 後來的五界系統把生物分成原核生物、原生生物、真菌、植物、動物。
• 1990 年烏斯（Carl Woese）等人比較核糖體 RNA 序列，發現原核生物其實分成差異很大的兩群，提出細菌域、古菌域、真核生物域三域系統。
• 病毒沒有細胞構造，必須在宿主細胞內才能繁殖，所以不屬於任何一域，歸類至今仍有討論。

5. 讀親緣關係樹

1. 樹梢是現生類群，分叉點（節點）是共同祖先。
2. 兩個類群的共同祖先越晚出現（越靠近樹梢），親緣越近。例如鱷魚與鳥類的共同祖先，比鱷魚與蜥蜴的共同祖先更晚出現。
3. 節點可以像旋轉門一樣左右翻轉，關係不變；左右順序不代表高等或低等。
4. 「一個共同祖先加上它的全部後代」稱為單系群。傳統的「爬蟲類」若排除鳥類，就不是單系群，這也是證據改變分類的例子。

6. 生物多樣性

演化造成新物種形成，也伴隨滅絕；兩者長期累積，形成今日的生物多樣性，包括遺傳多樣性、物種多樣性與生態系多樣性。人類活動可能加速族群減少，例如地球生命力指數（追蹤野生脊椎動物族群數量）在 1970–2020 年間平均下降約 73%，但要注意這是族群數量的平均變化，不是物種滅絕的比例。

素養怎麼考

• 族群比例圖表：給一段時間的表徵比例或存活數據，要你算比例、看趨勢，並辨別「個體變色」這種迷思。
• 天擇情境應用：抗藥性細菌、農藥抗性害蟲、島嶼鳥喙。選項常混入拉馬克式或「為了生存而突變」的目的論說法。
• 親緣樹判讀：考誰和誰比較親近、某特徵在哪個分支出現（115 學測曾考四足類分支插入點、114 學測考恐龍分類）。
• 科學本質：一筆異常數據能不能推翻理論、分類系統為何會改變。111 學測曾用姊弟對話形式考演化迷思。
• 媒體識讀：把「族群數量下降」說成「物種滅絕」、把相關說成因果。

真題考法對照（111–115 學測）

• 113 學年度學測第 37–39 題：肉雞選育把 56 日齡體重大幅提高，附兩張歷年趨勢圖；考人擇的目標與手段、育種後是否變成新物種（不是），以及賽馬選育後期效果停滯的合理解釋（可選的遺傳變異已接近選盡）。
• 113 學年度學測第 7 題：工廠汙水池中出現能分解尼龍的細菌，用「DNA 序列改變＋天擇」解釋，排除「基因改造」「遵循孟德爾法則」等不相干的說法。
• 112 學年度學測第 55–57 題：用偵測人數表推論兩種腸道細菌的關係，再從五種給藥設計中選出最能模擬「抗生素被廣泛使用」的試驗。
• 114 學年度學測第 7–8 題、115 學年度學測第 36 題：讀恐龍或四足類的親緣樹，依「共同祖先＋全部後代」判斷類群範圍、新樣本該插在哪一枝。
• 115 學年度學測第 35 題、111 學年度學測第 47 題：分類系統怎麼因演化證據改變、病毒為何難以歸類。
• 111 學年度學測第 27 題：選項是一句句姊弟對話，挑出對天擇與 DNA 突變的正確理解。

解題技巧

1. 先問「這是個體還是族群？」：演化的單位是族群，看到「個體逐漸變成」多半是陷阱。
2. 檢查變異是不是「原本就有」：天擇只能篩選既有的變異，不能定向製造變異。
3. 比較兩組時用比例不用隻數：兩組樣本數不同時，先除以總數。
4. 親緣樹找最近的共同節點：用手指從兩個樹梢往回走，交會的地方就是最近共同祖先。
5. 異常數據先看樣本數：小樣本的單一結果容易受隨機影響，要回到整體證據判斷。
6. 指數類圖表先確認「指的是什麼」：題幹的定義就是送分線索。

常見陷阱

• 「蛾為了躲避鳥而變白」「細菌為了生存而突變」：目的論迷思，突變是隨機的。
• 「人類是從黑猩猩演化來的」「鳥類是現生鱷魚演化來的」：現生物種之間是共有祖先的「表親」。
• 「樹上越右邊越高等」：所有現生生物都演化了同樣長的時間。
• 「演化論只是理論，所以不可靠」：科學上的理論是由大量證據支持的解釋架構。
• 把「病毒沒有細胞」誤記成「病毒沒有遺傳物質」。
• 把地球生命力指數下降 73% 讀成 73% 的物種滅絕。

BOSS 戰

延伸閱讀與資料來源

• Cook et al. (2012) Selective bird predation on the peppered moth: the last experiment of Michael Majerus, Biology Letters（CC BY）
• Our World in Data：Global Living Planet Index（CC BY 4.0；原始資料 WWF/ZSL Living Planet Report 2024）
• Woese, Kandler & Wheelis (1990) Towards a natural system of organisms, PNAS（PNAS 免費全文）
• WHO：Antimicrobial resistance（WHO 網站，本站僅摘要）
• Wikipedia：Archosaur（CC BY-SA 4.0）
• 十二年國教課綱 自然科學領域（政府公開課綱文件）