藍綠藻演化的是是非非？3-31-2013

 

 

 

藍綠藻演化的是是非非？

3-31-2013

一、與藍綠藻演化有關的生物、自然或地球科學考題：

2.有關化石的敘述，下列何者正確？ (A)動物活動所遺留下的痕跡無法形成化石 (B)鸚鵡螺因壽命很長故稱為活化石 (C)今日所燃燒的煤炭是古代植物形成的化石 (D)藍綠菌是最古老的化石所以是地球上最早出現的生物。 高雄市立陽明國中 96 學年度第2 學期第2 次段考一年級生物科試題

 

1.  「目前地球上所發現的化石當中，以藍菌生存年代最早，約距今　30　多億年。」根據上面的敘述，下列推論何者正確？ (Ａ)藍菌是人類最早發現的化石　 (Ｂ)地球可能有比藍菌更原始的生物化石，只是還未被發現　 (Ｃ)藍菌是地球上最原始的生物　 (Ｄ)　30　多億年前，原始生命出現為古生代的開端。 高雄市立英明國中九十八學年度第二學期第二次段考 一年級自然科試題

 

11、推測海洋於39億年前出現，是由下列何項證據推得的時間？ (A)澳洲西部疊層石的化石定年得知的年代 (B)澄江生物群最早的似魚類化石的時間紀錄 (C)格陵蘭伊蘇阿最古老的沉積岩形成的時代 (D)澳洲西部發現的最古老火成岩礦物(鋯石)定年的年代 德光中學98學年度第二學期地球與環境科學科試卷

 

1. 目前發現最早的生物化石，是約生活在　30　多億年前的何種生物？ (Ａ)細菌　 (Ｂ)藍菌　 (Ｃ)綠藻　 (Ｄ)三葉蟲。 宜蘭國中 99學年度 下學期 一年級第二次段考 自然科 考試卷

 

下列有關演化的敘述，何者正確?  ( A) 生物演化趨勢體型是由小變大 （B）地球上最早出現的生物是藍綠藻 （C）生物群集後常有大滅絕,並不再出現新的群集 （D）根據化石系列可說明生物演化的過程。 淡水國中九十七學年度第二學期第二次段考自然科試題

 

18.下列何者為目前發現最早古老的生物化石？ (A)黴菌　         (B)藍綠菌 (C)細菌　         (D)酵母菌。 高雄市立民族國中99學年度第二學期一年級生物科第二次段考試題

 

3. 下列化石與所代表的地質意義，何者錯誤？　 (A) 三葉蟲化石表當時是古生代的海洋環境　 (B) 巧人化石表當時是新生代的陸地環境　 (C) 恐龍化石表當時是古生代的陸地環境　 (D) 最早的藍綠藻化石表當時是古生代的海洋環境。 高雄市立陽明國民中學九十二學年度第二學期第二次段考三年級地球科學試題

 

16.下列敘述有關「生物在什麼時候出現？」，何者錯誤？  (A)利用尋找到最古老的化石推斷　 (B)目前發現最古老的化石形成時間約為35億年前　 (C)目前發現最古老的化石是在澳洲西部的沉積岩中找到的疊層石　 (D)疊層石由嗜氧生物－藍綠菌分泌黏液，混合泥沙所形成的層狀構造。 【龍騰自命題】  　解答　 D    解析   疊層石是由地球早期生物的代表藍綠菌分泌黏液，混合泥沙所形成的層狀構造。藍綠菌為厭氧生物，能行光合作用，製造氧氣。 新北市新店區私立及人高級中學101學年度第一學期高一基礎地科第一次段考

 

1.     有關化石的敘述，下列何者正確？ (A)動物活動所遺留下的痕跡無法形成化石                                       (B)鸚鵡螺因壽命很長故稱為活化石    (C)今日所燃燒的煤炭是古代植物形成的化石                                  (D)由化石證據可知藍綠藻為最早出現的生物。 宜昌國中一○○學年度第二學期  第二次段考  七年級  自然與生活科技試卷

1.    下列有關地球上生命演化的過程，何者有誤？ (A)大約在35億年前，生命開始起源於海洋　 (B)在6億年前，龐大的藻類族群開始進行光合作用，釋出臭氧　 (C)在4億多年前，由於臭氧阻擋了紫外線，海洋生物開始向陸地發展　 (D)約在2億多年前，恐龍出現且迅速繁衍，立刻稱霸地球 台北縣立三和國中九十學年度第一學期第一次段考地球科學試題

二、藍綠藻演化的是是非非？

    由以上隨機上網選的國中或高中的生物、自然與生活科技、地球科學的十題試題中，明顯可看到：

「…化石證據可知藍綠藻為最早出現的生物。

…目前發現最古老的化石是在澳洲西部的沉積岩中找到的疊層石。

…藍綠菌是最古老的化石所以是地球上最早出現的生物。」

這些觀念仍根深蒂固的存在於某些國中或高中的生物、自然與生活科技、地球科學老師的心目中！

    而「藍綠菌是最古老的化石」這樣的觀念又是從何而來的呢？顯然是來自以前的國立教科書編輯委員會。

註：民國2011年國立編譯館整編入中華民國教育部國家教育研究院編譯發展中心的教科書發展中心。但是換湯不換藥，還是那些寶貝在編譯！奈何！

    國立教科書編輯委員會的委員諸公們，則是跟據1980年，洛杉磯加州分校(UCLA)的一位古生物學家Dr. J. William Schopf(蕭夫博士)及他的團隊，在澳洲西部一個當地原住民稱為Warrawoona Formation地方的岩層中，發現了一些蕭夫博士認為是類似藍綠藻的微小化石(Microfossils)，而這些岩層非常古老，估計有三十四億六千午百萬年的歲月。隔年(1981)十月號的〈科學的美國人〉；〈Scientific American〉David I. Groves 等人就以《一個早期蘊含生命的棲所》；《An Early Habitat of Life.》報導了此一發現，七年後蕭夫博士(Dr. Schopf)及他的研究生Bonnie M. Packer共同在著名的綜合科學期刊〈Science Jul 3, 1987〉上發表了一篇學術論文：

《Early Archean(太古宙) (3.3-Billion to 3.5-billion-year-old) Microfossils from Warrawoona group, Australia》

Science 237:70-72，

到1993年Schopf教授又在〈Science Apr 30, 1993〉260:640-642f上發表論文，加強他的理論並附上更多的圖。

    首先請各位網友想像一下，在現今地質學家所謂的全新世(Holocene，1萬年前～至今)，要能夠採集到遙遠的太古宙(Archean Eon)時期，約35億年前的古微生物化石標本，是多麼不容易的一件事，取得古微生物化石標本後，還要能辨別鑑定它們的真偽，更是萬分艱辛困難！因為很多微小的東西都會混淆視覺。

    第一點我們可以想到的是，標本的數量應不會太多，而且鑲嵌在遂石(chert)中的微生物標本，必需切成極薄的薄片(厚度為300μm)，然後再研磨數小時到透明狀，才能用光學顯微鏡來觀察。

    第二點就算現今生化、分子生物的技術突飛猛進、一日千里，可是到目前，古微生物學家所能做的實驗，仍只是解剖或形態上的大略辨識，而無法進行生化、分子生物方面精準的確認。

    請各位網友看一下圖1，這就是加州洛杉磯大學(UCLA)蕭夫博士(Dr. William J. Schopf)發表於1993年〈Science April,30 1993〉上論文的圖片，於遂石(Apex Chert)中發現的藍綠藻化石之光學顯微鏡照相及翻畫的圖。光憑這樣的型態觀察，蕭夫博士在1993年〈Science〉上的論文中提到，他居然可以區分出「11種」存活在35億年前的藍綠藻(cyanobacteria)種類，而圖1.是其中的若干種類。蕭夫博士(Dr. Schopf)文章發表之後，一開始大部份古微生物學家的態度是存疑的，一段時間之後，由於Dr. Schopf自己的著書立說，及一些古生物學家的推波助瀾，漸漸的，古微生物學家開始認為「藍綠菌是最古老的化石」，是演化史上的金科玉律了。

    包括國立編譯館的編輯委員們也如此認定，於是國中生物、地球科學的教科書，就出現了這樣的文字：「最早的化石發現於西澳，是35億年前的藍綠藻化石。」！

 

圖1. 蕭夫博士(Dr. Schopf)發表於1993年4月30號《Science》期刊上論文的附圖。當時Schopf的論文提到，共發現11種的藍綠藻微化石，又提到，之所以認為這些長度約20～40μm，寬度約2μm的微小化石(Microfossils)是藍綠藻，是因為長20～40μm，寬約2μm，已經超出大部份細菌的大小(size)。原文如下：Shapes interpreted as filamentous cyanobacteria. Size consistent with cyanobacteria.(are larger than most bacteria.)。

圖2. 大部份的細菌(most bacteria)的大小，在1.0μm～10.0μm之間，小於蕭夫博士(Dr. Schopf)論文中提到的藍綠藻。

圖片來源：http://www.tokresource.org/tok_classes/biobiobio/biomenu/cell_theory/index.htm

    在《Science》或《Nature》等期刊，報導藍綠藻演化出現時間這相關問題的論文，絕對不只蕭夫博士一位，為何其他學者的意見，國立教科書編輯委員會的委員諸公們都視而不見？而獨衷一家之言，實在令人費解！

    再舉一例比較之：同樣是國立機構，同樣有著優秀研究人員，台中市國立自然科學博物館，在生命科學廳的生命科學展場，不止一處的面版上標示如下：

圖3. 國立自然科學博物館，生命科學廳的生命科學展場面板─植物的演化。

圖4. 國立自然科學博物館，生命科學廳的生命科學展場面板─植物的演化第一欄的敘述，清楚的可以看到，當時佈展的專家寫著：「藍綠藻─三十億年前首先製造氧氣的植物。

    除了對最後的「植物」兩個字個人存疑以外！在下覺得在藍綠藻的演化方面，國立自然科學博物館的陳述，要比國中、高中生物、自然、地球科學教科書上的說法正確得多了。

    30億年前出現的估計值比較中庸而客觀，35億年前就出現，就演化來講發生得太早了！

    各為網友請別忘記：

 

於演化的過程當中，五種能行光合作用的光合自營菌的光反應，是先分別單獨演化形成光合系統I(PSI)或單獨演化形成光合系統II(PSII)，一直到藍綠藻演化出現才同時形成兩個光合系統，並且綜合在一起運作。     而且一定必須要兩個光合系統的天線複合體共同匯集光能，才能有匯集足夠的能量來光解H2O，產生H＋、電子及O2，進行所謂的有氧光和作用。否則如只有一種光合系統(photosystem)，匯集的光能僅能光解H2S產生H＋、電子及S而已。

    從這些光合作用的觀點來考慮，實在很難認同「藍綠藻為最早出現的生物或化石」的說法！！

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

哺乳動物(The Mammals)的特徵3-11-2013

 

哺乳動物(The Mammals)的特徵：

哺乳動物具有下列共同的特徵：

1.具有乳腺(mammary glands)：

乳腺(mammary glands)為哺乳動物特有的構造，也是哺乳動物得名的由來，成熟的雌性哺乳動物皆可能分泌乳汁以哺育其後代。

雌性哺乳動物所特有的乳腺，是由皮膚特化形成的，它們分布在腹部兩側的兩條「乳線」上。

貓、狗、豬腹部兩側就有好幾對乳頭；有蹄類動物如牛羊馬等的乳腺則靠近後肢；而靈長類如猿猴、人等的乳腺卻長在胸部，可能是因為樹棲性的靈長類必須用前肢把幼兒抱在胸前哺乳的緣故。

雌性哺乳動物在懷孕期間，受到體內雌性激素─動情素(estrogens)和黃體素(progesterone)的影響，乳腺會發育漲大形成乳汁。

至於乳汁的分泌，則是受到催乳激素(prolactin)及催產激素(oxytocin)的調節。於生產後，腦下垂體後葉分泌的催產激素(oxytocin)會促使乳腺平滑肌收縮而分泌乳液(milk ejection)、至於腦下垂體前葉合成分泌的催乳激素(prolactin)則促使乳腺產生更多的乳汁(milk production)。

圖1. 泌乳的調控：催乳激素(prolactin)─乳汁的製造(milk production)；催產(泌乳)激素─乳汁的分泌(milk ejection)。

圖片來源：http://www.soc.hawaii.edu/ws350/spr04/pregnancy.htm

奶汁是幼齡哺乳動物的完全食物，含有幼齡哺乳動物必需的養份、礦物質和水分在內。

卵生哺乳動物(鴨嘴獸、真鼴)以及育兒袋哺乳動物(袋鼠、負子鼠、無尾熊等)乳汁中的鐵離子含量高達2～3mg per 100 grams；人乳或牛乳中的鐵離子含量僅僅0.05mg per 100 grams。就其原因是卵生或育兒袋哺乳動物幼兒的肝臟還沒發育完全，所以無法儲存足夠的鐵離子，而必須由乳汁中補充。

圖2. 泌乳反射(Milk Election Reflex)，雌性哺乳動物特有的反射。

Hypothalamus─下視丘；Mechanoreceptors in nipple─乳頭的機械接受器；Pituitary─腦下腺。

圖片來源：http://apbrwww5.apsu.edu/thompsonj/Anatomy%20&%20Physiology/2010/2010%20Exam%20Reviews/Exam%205%20Final%20Review/CH%2016%20Pituitary%20Gland.htm

 

2.具有毛髮(fur)：

所有的哺乳動物全身或身體的一部份披被著毛髮(furs)。

毛髮具有隔離作用，可以防止體溫散失。

有些哺乳動物毛髮的顏色可配合其生長的環境變化，而達到保護及掩蔽的效果，以躲避掠食者的捕食；另有些哺乳類動物的毛髮呈現對比鮮明的色彩，則具有警戒或求偶作用。

例如：北極狐因具有厚的毛髮(甚至腳底都長有厚毛)，所以在零下－30℃的環境下不畏寒冷，依舊能活動自如。 毛髮是由表皮衍生而來，其基部具有油脂腺可分泌油脂隔離水分，防止水滴將毛弄濕而黏著，失去保溫作用。

3.具有胎盤(Placenta)：

除了鴨嘴獸、針鼴等單孔(一穴)目(monotreme)哺乳動物為卵生，以及袋鼠、負子鼠、無尾熊等具有育兒袋以外，其餘的哺乳動物均有胎盤，為胎生哺乳動物。發育中的胎兒受到子宮的保護，並藉由胎盤從母體獲取養份，得以成長發育至較健全的胎兒才生出，存活率大幅提高。

圖3. 第八週的胚，受到羊膜(Amniotic sac)的保護，浸潤在羊水中，羊水即可防震，胎盤(Placenta)可供給胚胎養份，同時幫助胚胎排除尿素等廢物。

Amniotic sac＝羊膜；Brain＝腦；Liver＝肝；Eye＝眼睛；Placenta＝胎盤

Umbilical cord＝臍帶

圖片來源：http://www.mypregnancycare.net/second-month-of-pregnancy/

 

胚發育至第八週時，手足開始出現手指、足趾，眼睛清晰可見，胚開始伸直並在羊水中活動，整個外觀與嬰兒相似，尾芽已消失。至第八週末，胚已近2.3～2.8公分(cm)長，所有的器官已初具雛形。以後的幾個月就只是進一步分化增生而已。

 

4.能維持體溫恆定：

哺乳動物具有維持體溫恆定的能力，能夠維持體溫在一定的範圍，不因為外界環境溫度的改變而改變，一般維持於35℃～38℃之間。既使在低溫環境下，哺乳類動物仍能維持正常的新陳代謝與活動能力，因而增加哺乳類動物對環境的適應性，有助於將棲所(habitats)擴散到寒冷的地區。哺乳類動物及鳥類皆為恆溫(內溫)性動物，但部分哺乳類動物如蝙蝠以及鳥類，可經由調控自身體溫的變化，降低與環境的溫差，以達到節省能量支出的目地。

1. 卵生、卵裂為盤裂(meroblastic cleavage)、雄鴨嘴獸後肢靠近    腳踝中空的距(hollow spur)具有毒腺→此為爬行動物之特徵。 2. 無牙齒具有嘴喙(duck-billed)、具有泄殖腔(cloaca)→此為鳥類 之特徵。 3. 具有毛髮(fur)、乳腺(mammary glands)、能調節體溫→此為哺乳    動物之特徵。    鴨嘴獸的棲所，從水溫接近0℃的水域到亞熱帶的水域都有，但是鴨嘴獸都          能調節代謝率以維持32℃的恆溫。    鴨嘴獸是爬行類、鳥類、哺乳類之間的過渡型動物(transient animal)。

5. 良好的親代照顧：

一般哺乳動物幼年期都受到母親良好的照顧，如大象更受到整個家族的照顧。

6. 其他的特徵：

	(1)具有橫隔膜→將體腔分隔成胸腔與腹腔。 (2)具有分化的牙齒，也就是具有門齒、犬齒、前臼齒及臼齒的異型齒式，以適應多樣化的食物。(爬行動物為同型齒) (3)內耳的耳蝸為螺旋狀，中耳具三塊聽小骨（鎚骨、砧骨、鐙骨）。 圖4. 爬行動物中耳只有一塊聽小骨─鐙骨(Stapes)；哺乳動物中耳有三塊聽小骨─錘骨(Malleus)、砧骨(Incus)、鐙骨(Stapes)。三塊聽小骨的聲波槓桿放大作用，優於一塊聽小骨。 (4)心臟演化成二心房二心室，與維持體溫恆定密切相關。 哺乳動物和鳥類之所以能演化成恆(內)溫動物的主要原因─心臟演化成二心房二心室(2 atria；2 ventricles)： 左右心房心室完全分隔開來，於是左心房、左心室演化成高血壓系統→血壓高，壓送血流的速率增加→快速的供給養份和氧氣到全身的組織細胞→組織細胞新陳代謝速率(metabolic rate)昇高→導致產熱增加而能維持體溫恆定→得以演化成恆溫(內溫)動物。 (5)紅血球為雙凹形圓盤狀(Dicoid shape)，無核，紅血球中血紅素(Hemoglobins)含量增加以增加攜氧量。 (6)    肛門與泌尿生殖孔分開（單孔(一穴)目仍具泄殖腔，仍為單一開口是例外）。
6. 哺乳動物一般具有七塊頸椎： (1) 除了海牛(儒艮)以及兩趾樹懶具有六塊頸椎；三趾樹懶具有九塊頸椎，其餘     研究過的哺乳動物均具有七塊頸椎。 (2) 代表的含意是演化上來自相同的祖先。 7. 哺乳動物一般具有發達的大腦：

圖5. 全世界現存的哺乳類動物約有4,800多種。

(跟據2004年  明天國際圖書出版的《動物百科圖鑑》上的數據)。

分屬於26個目，主要包括：

 

1. 卵生哺乳動物(egg-laying mammals)：單孔(一穴)目（一種鴨嘴獸、三種針鼴）。

2. 有袋哺乳動物(marsupials)：（7個目，如：袋鼠、無尾熊）

3. 胎盤哺乳動物(plancental mammals)，

 

前二類僅占所有哺乳動物總數的5﹪，胎盤哺乳動物則占了95﹪。

哺乳動物最大的目為囓齒目約2,000種。

哺乳動物第二大的目為翼手目約1,000種。

 

在中生代時期白堊紀結束時，大型爬行動物在地球上滅絕，此時許多生態地位(ecological niche)無動物填補，原始的哺乳動物，在這樣的情況下，逐漸的演化再經由適應輻射(adaptive radiation)演變成今天多樣的哺乳類動物。

演化學家稱新生代為哺乳類的時代。

 

有演化學者言：如果六千五百萬年前的那顆隕石沒有撞擊到地球，而只是和地球擦肩而過的，那現在坐在電腦前面打WORD的可能是恐龍(Dinosaurs)，而不是智人(Homo sapiens)了！

 

 

附錄：科博館 館訊130期 87年9月《哺乳動物的特徵與起源》  圖∕文 張鈞翔

 

科博館張均翔博士對哺乳類動物特徵的描述：

 

1. 哺乳動物是一群高度多樣化的動物，包括了從體型微小的小鼩鼱，到體型龐大的非洲象；也有從行動敏捷的長臂猿到懶散遲鈍的樹獺。除了遍布世界各大陸之外，在空中（蝙蝠）、在海洋（鯨豚）也可見其蹤跡。

 

2. 許多哺乳動物也具有高度的社會化行為，亦即在其族群內，顯現了高低階級與勢力圈之劃分。

 

3. 具有乳腺與哺乳的功能；具有較高的新陳代謝速率以維持體溫的恆定；身上披有毛髮，做為保護與絕緣之用；此外，大多數的哺乳動物都具有胎盤，胚胎發育的階段在母體子宮內受到安穩的保護。

 

4. 哺乳動物乃屬於異型齒，即牙齒可區分為門齒、犬齒、前臼齒與臼齒，形態與功能皆有所不同，而有別於爬行動物的同型齒——即所有牙齒的形態與功能皆相似。

 

5. 在所有的爬行動物中，頭骨與下頜的方骨和關節骨連接，在中耳僅有一塊鐙骨，而哺乳動物連接頭骨和下頜則是由鱗骨和齒骨形成關節，中耳有3塊小聽骨，分別為鐙骨、砧骨與槌骨 。事實上，哺乳動物的砧骨與槌骨是由爬行動物下顎的方骨與關節骨退入中耳，轉型衍生而成，同時也改變了功能。

圖6. 似哺乳類爬行動物─頭骨與下頜的方骨和關節骨連接，在中耳僅有一塊鐙骨。

 

哺乳動物─連接頭骨和下頜則是由鱗骨和齒骨形成關節，中耳有3塊小聽骨。

圖片來源：哺乳動物的特徵與起源

http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/87/130/12.html

 

6. 腦容量大，中樞神經發達。