遺傳與進化 / 子課題
生物多樣性與進化
Biodiversity and Evolution
Carl Woese六界三域分類；生命起源；物種形成；自然選擇；化石記錄
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 描述生物的五界及三域分類系統
考評提示：三域分類的依據（rRNA序列）
- 考評重點 三域分類 (Carl Woese，以 rRNA 序列為依據) 把生物分為三域：Bacteria (細菌)、Archaea (古細菌) 及 Eukarya (真核生物)；古細菌在形態上雖似細菌，但分子證據顯示其與真核生物關係更近
2. 解釋自然選擇及物種形成的過程
考評提示：自然選擇→物種形成的完整邏輯鏈
- 邏輯 自然選擇的機制：族群內先存在可遺傳的變異；在環境選擇壓力下，帶有有利變異的個體存活率及繁殖率較高；有利等位基因的頻率因而在族群中代代累積，最終導致物種進化
- 考評重點 物種形成 (speciation)：族群先受地理隔離 (如地形分隔) 影響而分開；兩族群因突變及自然選擇累積基因差異，最終形成生殖隔離，不能互相交配產生可育後代；新物種由此形成，過程需經長時間
HKEAA 評卷員建議
2021 年 許多同學仍持有「環境改變在先，生物產生變異來適應」的錯誤概念。正確理解：變異先存在，環境選擇有利變異。同學也經常混淆「變異」和「物種形成」。
常見題型 · scoring points
解釋六界三域分類系統的依據與關係
- 三域系統（Woese）以 rRNA 序列為基礎：Bacteria（真細菌）、Archaea（古細菌）、Eukarya（真核生物）。
- 六界系統：Eubacteria、Archaebacteria、Protista（原生生物）、Fungi（真菌）、Plantae（植物）、Animalia（動物）。
- 古細菌在分子層面與真核生物更親緣，儘管形態上像細菌；三域系統更能反映進化關係。
- 分類等級由大至小：域→界→門→綱→目→科→屬→種（species 為最基本單位）。
說明二名法的規則及使用二分檢索表進行鑑定
- 二名法（binomial nomenclature，林奈）：物種學名由屬名（大寫）+ 種名（小寫）組成，斜體書寫，如 Homo sapiens。
- 學名為拉丁文或拉丁化文字，全球通用，避免同一物種有不同俗名的混淆。
- 二分檢索表（dichotomous key）：每步提供兩個互斥特徵選項，逐步縮小範圍，最終鑑定物種。
- 使用檢索表須依據可觀察的形態特徵（如葉形、體節數量）進行判斷。
解釋自然選擇的機制及物種形成的條件
- 自然選擇前提：種群內存在遺傳變異；資源有限導致個體競爭；適應性強的個體存活率和繁殖率更高。
- 自然選擇作用於表現型，改變種群基因頻率（等位基因頻率），導致適應性進化。
- 物種形成（speciation）步驟：地理隔離（geographic isolation）→ 各自積累基因差異 → 生殖隔離（reproductive isolation）→ 新物種形成。
- 生殖隔離標誌物種形成完成：兩群體之間不能互相交配或後代不育（如馬×驢＝騾，後代不育）。
體會生命起源的主要學說及化學進化的證據
- 化學進化論（奧帕林-霍爾丹假說）：早期地球大氣缺氧、富含CH₄、NH₃、H₂、H₂O蒸氣；閃電、紫外線等能量驅動簡單無機物合成有機小分子（氨基酸、核苷酸）。
- 由有機小分子逐步聚合形成生物大分子（蛋白質、核酸），再演化成具備自我複製能力的原始生命體。
- 其他學說：胚種論（panspermia）— 生命（孢子）來自宇宙其他地方；各宗教及文化對生命起源有不同解釋；科學上，生命起源至今仍是開放性問題，理論會隨新證據修訂。
分析化石記錄對進化的支持意義
- 化石顯示生物體形態隨地質年代改變，較古老地層中的物種與現存物種有差異，支持進化論。
- 化石序列可追蹤物種演化歷程，如馬的進化（體型增大、趾數減少）。
- 化石證據的局限：軟體生物難以保存；化石保存需特定條件（如迅速被沉積物覆蓋）；化石記錄不完整，存在缺口（missing links）。
- 其他進化證據：比較解剖學（同源器官）、比較胚胎學。
抗生素抗藥性的進化過程
- 變異來源：抗藥性基因是透過隨機突變「早已存在」於細菌群體中，而非因接觸抗生素而誘發。
- 選擇壓力：當人體使用抗生素時，環境成為選擇壓力，殺死敏感細菌。
- 存活與繁殖：具抗藥性的細菌存活下來，並因缺乏競爭而大量繁殖。
- 基因傳遞：抗藥性基因傳給後代或透過質粒傳給其他細菌，導致抗藥性細菌比例增加。
比較達爾文與拉馬克的進化觀點
- 拉馬克（Lamarck）：提出「用進廢退」及「獲得性遺傳」（如：長頸鹿努力伸長脖子後，後代脖子變長）。
- 達爾文（Darwin）：提出「自然選擇」，強調群體中存在「原有遺傳變異」（如：群體中本就有長、短頸個體）。
- 根本差異：拉馬克認為環境引起有利變異；達爾文認為變異是隨機的，環境只負責選擇。
- 現代科學觀點：否定拉馬克的獲得性遺傳，支持達爾文以基因突變為基礎的自然選擇。
化石形成的理想條件
- 迅速埋葬：生物死後須迅速被沉積物（如泥沙、火山灰）覆蓋，以防止被食腐動物啃食。
- 隔絕氧氣：缺氧環境能抑制分解者（如細菌）的活動，延緩腐爛。
- 具備硬組織：含有骨骼、牙齒或外殼等堅硬部分的生物體較易形成化石。
- 礦物置換：在長期壓力下，地下水中的礦物質滲入組織並取代有機物，完成石化過程。
同源器官作為進化的證據
- 定義：起源相同、基本結構相似，但功能可能截然不同的器官（如：人的手、鯨的鰭、蝙蝠的翼）。
- 進化意義：證明這些生物具有「共同祖先」（Common Ancestry）。
- 適應輻射：同源器官的形態差異是為了適應不同的生態環境而發生的分化。
- 對比：同功器官（如鳥翼與昆蟲翼）功能相似但構造不同，不代表近期有共同祖先。
生物學物種概念的定義與侷限
- 定義：能在自然狀態下互相交配，並產生「具生育能力」後代的群體。
- 關鍵標誌：若兩個群體之間存在生殖隔離，則被視為不同物種。
- 侷限性：不適用於進行無性生殖的生物（如細菌）。
- 侷限性：難以應用於已滅絕的生物（化石），因為無法觀察其交配行為。
大滅絕在生命進化史中的意義
- 生態位釋放：大滅絕導致當時的主導物種消失，空出大量的生態位（Ecological Niches）。
- 生存空間：為原本處於邊緣地位的倖存物種提供了演化與擴張的機會。
- 適應輻射：引發隨後的快速物種形成；例如：恐龍滅絕後，哺乳類迅速多樣化並佔據地球。
- 生命多樣性重組：大滅絕徹底改變了生物圈的組成結構。
自然選擇 vs 環境誘導變異
- 錯誤觀念：生物為了適應環境而「產生」變異（拉馬克主義，DSE 零分）。
- 正確邏輯：變異（突變）是「隨機」產生的，早在環境改變前就已存在。
- 環境角色：環境只作為「選擇壓力」(Selection pressure)，保留已具備有利性狀的個體。
- 關鍵字：必須提及「原有變異」、「存活率與繁殖率差異」、「等位基因頻率改變」。
遺傳與進化 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 生物神器 App。
