演化與多樣性

學習目標

• 說明天擇的四個條件，並區分天擇、遺傳漂變、基因流動與突變。
• 用哈溫平衡計算等位基因與基因型頻率。
• 讀懂系統樹，知道三域與分類階層的意義。
• 比較細菌、古菌、真菌與病毒，說出它們在氮循環等生態角色。
• 從調查資料判斷物種豐富度、均勻度與多樣性。

先測一下

1. 沒有天擇，族群還會演化嗎？
2. 某隱性疾病發生率 $\frac1{10000}$，帶因者頻率約多少？
3. 病毒屬於三域中的哪一域？

看詳解

1. 會。遺傳漂變、基因流動、突變都會改變等位基因頻率。
2. $q=0.01$、$p\approx0.99$，$2pq\approx2\%$。
3. 不屬於任何一域：病毒沒有細胞結構。

核心概念

演化機制與天擇

• 達爾文天擇：個體有變異 → 變異可遺傳 → 產生子代多於環境能負荷（他有考慮族群數量）→ 適應者留下較多後代。當時不知道遺傳的機制。
• 演化的單位是族群；演化 = 等位基因頻率改變。
• 天擇類型：定向、穩定（利於中間表型）、分裂。
• 非天擇機制：遺傳漂變（創始者效應、瓶頸效應，小族群明顯）、基因流動（遷入遷出）、突變（中性突變）。

看詳解

不是。少數個體建立新族群時，等位基因頻率因隨機取樣而偏離原族群，屬於遺傳漂變。111 分科生物 單選 16（答對率只有 22%）的正確選項是「沒有天擇的力量，族群仍然可以演化」。

族群遺傳

• 哈溫平衡：$p+q=1$，$p^2+2pq+q^2=1$。

看詳解

$0.16$；$0.4$；$0.36$；$0.48$。

生物分類與親緣

• 階層：域 → 界 → 門 → 綱 → 目 → 科 → 屬 → 種。階層越低，成員越少、共同特徵越多、親緣越近。屬是把種歸類的第一個層級。
• 學名：二名法（屬名 + 種小名）。物種以「生殖隔離」區分，不只看形態。
• 三域：細菌、古菌、真核。古菌與真核生物的親緣比與細菌近。
• 系統樹：分岔點是共同祖先；分岔越晚，親緣越近。

看詳解

古菌與真核生物：細菌最早分開。108 學測自然 單選 60（答對率 27%）的選項是五張生命樹，多數人把細菌與古菌放在一起（因為都是原核）。

微生物與病毒

• 細菌：原核、肽聚糖細胞壁、抗生素可抑制。古菌：原核、常在極端環境（高溫、高鹽、產甲烷）。真菌：真核、幾丁質細胞壁、異營。
• 病毒：核酸（DNA 或 RNA）+ 蛋白質外殼，只能在宿主細胞內複製，不屬三域。抗生素對病毒無效。
• 氮循環：固氮（$\mathrm{N_2\to NH_3}$，根瘤菌、藍綠菌）→ 硝化（$\mathrm{NH_4^+\to NO_2^-\to NO_3^-}$）→ 植物吸收 → 氨化（分解者把有機氮變成 ）→ 脫氮（硝酸鹽→）。

看詳解

不對，那是固氮。氨化是把有機物中的氮變成氨。這是 108 學測自然 多選 42（答對率 22%）的陷阱；另外根瘤菌不是「菌根」，也不負責還原硝酸鹽。

生物多樣性與保育

• 三個層次：遺傳多樣性、物種多樣性、生態系多樣性。
• 物種多樣性 = 豐富度（物種數）＋ 均勻度（各物種個體數是否平均）。物種數相同時越均勻越多樣。
• 臺灣森林隨海拔：闊葉林 → 針闊葉混合林 → 針葉林 → 高山草原；低海拔闊葉林多樣性最高。
• 威脅：棲地破壞與碎裂化（最主要）、外來入侵種、過度利用、污染、氣候變遷。

重點整理

解題策略

1. 演化題：先判斷是「適應的結果」還是「隨機的結果」。
2. 族群遺傳：從隱性表型 $q^2$ 開始算。
3. 分類題：用「階層低 = 親緣近」檢查每個選項。

混合練習

1. 長頸鹿的頸子變長，用天擇怎麼解釋？
2. 等位基因 $A$ 頻率 0.7，哈溫平衡下 $Aa$ 的比例？
3. 人與黑猩猩同科，實與狗同綱，誰與人的親緣較近？
4. 抗生素能不能治流感？

看詳解

1. 頸長不一的個體中，長頸者吃得到較高的葉子、留下較多後代；不是「用進廢退」。
2. $2\times0.7\times0.3=0.42$。
3. 黑猩猩。
4. 不能，流感是病毒。

常見錯誤

小試身手

1. 112 分科生物 單選 2：改變等位基因頻率的因素（答對率 40%）
2. 113 學測自然 單選 9：分類階層（答對率 31%）
3. 110 學測自然 單選 45：森林生態與多樣性（答對率 30%）
4. 108 學測自然 單選 60：生命樹（答對率 27%）
5. 挑戰題：111 分科生物 單選 16：演化理論（答對率 22%）

複習計畫