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  • 共演化(Coevolution)概述 2010/09/11

    共演化(Coevolution)概述
    國立苗栗高級中學生物科郭美貞老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    生物在演化的長河中，不但要適應不斷變化的環境，還必須隨時留意其他與它們關係密切的生物，如果演化造成A種生物改變，而這改變對它關係密切的B生物造成選汰壓力（selective force），使得B物種也跟著變，結果又回過頭去影響A物種，這種沒完沒了的演化軍備競賽（evolutionary arms race），或者是說兩種生物彼此在演化過程和方向上的相互作用，稱為共演化（coevolution）。

    不過這種軍備競賽不是短時間就可分出高下，需要漫長的時間來演化。由於每個新的改變都會促使另一種足以相抗衡的發展，不斷的改變最後也許彼此關係還是維持不變，但是停止改變或是過度改變的一方，就會在激烈的生存競爭中淘汰。這也就是演化生物學裡著名的紅皇后假說（Red Queen hypothesis）。 Continue reading →

  • 趨異演化（Divergent Evolution） 2010/09/11

    趨異演化（Divergent Evolution）
    台北縣私立南山中學生物科楊瀅涓老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    定義
    趨異演化（Divergent evolution）是指兩個以上的生物特徵具有相同的演化起源，但在漫長的演化過程中，受到環境與其本身條件的限制而逐漸分化的現象，這個過程又可稱為適應。可經由觀察不同物種的形態或分子生物分析物種間的相似程度，是演化生物學的研究主題之一。

    歷史
    趨異演化由研究恐龍化石的美國古生物學家奧斯本（Henry Fairfield Osborn）在1902年首先提出的理論：一個原始物種為適應不同的生活環境，逐漸演化成許多不同的物種，是生物演化過程的一種表現。

    例子
    常見的例子是脊椎動物的四肢；脊椎動物來自相同的祖先，但由於不斷地競爭食物和空間等環境資源，每一種類的個體都必須儘量向外擴展而佔領許多不同的棲地，因而產生外形及功能相異的體型或器官。 Continue reading →

  • 為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-下 2010/09/11
     為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-下
    台北縣聖心女中生物科教師許家榕/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯     
     
    r -擇汰物種(r-selection)，通常會利用較不擁擠的生態區位(niche)，並產生許多數量的子代，每個個體相對有較低的機率存活到成年。在變動大或不可預期的環境下，r -擇汰物種並沒有優勢能與其他物種競爭以成功適應環境，因為環境很可能再次發生變化。因此，快速繁殖能力才是關鍵。除了繁殖力高，其他特性包括：體型小，早熟，生活史短，並能廣泛散播子代。

    例如：細菌和矽藻、昆蟲和雜草，各種單次生殖的頭足類動物和哺乳動物，特別是小型囓齒動物。在科學文獻，r -擇汰物種(r-selection)有時被稱為“投機的、機會主義的”。

    K-擇汰物種(K-selection)，是擁擠的生態區位中強而有力的競爭者，並更集中投資在較少的子代，每一個子代個體有比較高的機率存活到成年。在穩定、可預期的環境下，K -擇汰物種能在有限的資源下和其他物種競爭的能力，對於族群穩定，甚至族群能接近最大環境負荷量是至關重要的。特性包括：體型大，壽命長，子代數量較少，親代對子代的完善照顧至子代成熟。例如：大象、人類和鯨魚，也有較小、壽命長的生物，如：北極燕鷗。在科學文獻，而K-擇汰物種(K-selection)被描述為“平衡的”。

    (1)產生子代數量多的動物，以「量」取勝：不照顧、養育子代，子代發育較快、繁殖年齡較早，體型較小，單次繁殖，例：大部分的魚類和蛙類等。較傾向r -擇汰(r-selection)。其生存曲線(survivorship)比較接近第Ⅲ型。

    (2)產生子代數量不多的動物，以「質」取勝：會照顧、養育子代，子代發育較慢、繁殖年齡較晚，體型較大，可重複、多次繁殖，例：大部分鳥類、哺乳類等。較傾向K-擇汰(K-selection)，其生存曲線(survivorship)比較接近第Ⅰ、Ⅱ型。

    在r/K擇汰(r/K selection)理論中，假設選擇的壓力會驅使物種往兩個廣義的方向(r- or K-selection)其中之一演化，而愛力克‧皮安卡(Eric Pianka )曾指出r-擇汰或K-擇汰(r- or K-selection)是一個連續分佈的兩端點，大部分的生物都介於這兩極端之間的某處。

    其他類型的生殖策略：單次繁殖生物(Semelparity)和多次繁殖生物(Iteroparity)。

    (1)單次繁殖(Semelparous)：終其一生只有繁殖一次，例如一年生植物（包括所有穀類作物），以及某些種類的鮭魚，蜘蛛，竹子和植物。通常，他們完成繁殖後不久就死亡。這通常是屬於r -擇汰型(r-selection)。

    (2)多次繁殖生物(Iteroparous)一生中有多次繁殖期（如每年度或每個特定季節），如多年生植物、多數的脊椎動物。多次繁殖動物Iteroparous存活多個季節（或週期性改變的情況）。這通常是屬於K-擇汰型(K-selection)。

    請參閱為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-上

    參考資料：
    http://en.wikipedia.org/wiki/Reproduction#Reproductive_strategies
    http://en.wikipedia.org/wiki/R/K_selection_theory
    Manuel C Molles. “Ecology Concepts & Applications”2nd edition

  • 為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-上 2010/09/11

    為萬物量身打造的「繁殖策略」(Reproductive Strategies)-上
    台北縣聖心女中生物科教師許家榕/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    無論是哪一種繁殖策略，都是為了要有效延續族群的長期演化結果。

    不同的物種有著大不相同的繁殖策略。產生子代數量不多的動物，能投入更多資源以培育和保護每個子代，也因此不需要產生那麼多數量的子代。反之，產生子代多的動物，可能投入較少的資源到每個子代，這些類型的動物常有許多子代出生後不久就死亡，但通常子代仍有足夠的生存個體數以維持族群。

    例如人類，從出生至性成熟、甚至產生子代，就需要很多年後。但其他繁殖很快的物種，多數子代活不到成年。例如兔子（8個月後成熟，每年可以產生10～30個子代），平均壽命5～12年；果蠅（10-14天後成熟）每年可以產生多達 900個子代，平均壽命約一個月。

    兩個主要的繁殖策略：K -擇汰(K-selection)和r -擇汰(r-selection)。 Continue reading →

  • 基因改造生物（Gene modified organism, GMO）的不孕處理-下 2010/09/11

    基因改造生物（Gene modified organism, GMO）的不孕處理-下
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    舉例來說，科學家從土壤中的「蘇力菌」(Bacillus thuringiensis，簡稱Bt) 取得抗蟲基因（負責製造一種晶體狀蛋白質，對某些昆蟲來說是毒藥，但卻不會傷害作物和其他生物），將其轉殖到作物中表現，使此作物在種植時可免除蟲害，以降低有害農藥的使用，甚至可增加作物產量。

    目前已經轉殖成功Bt作物有大豆、玉米、棉花及油菜等。在這利益的背後，科學家憂心的是基因是否會從基改植物流入其他植物，使獲得新基因的植物更具環境適應力而掙脫原有的生態階層，變成不畏懼原本天敵或農藥的超級植物？！雖然到目前為止還沒有報告指出有這樣的例子，但為了避免這類基因污染的情形發生，除了避免任意放養基改生物，最好的辦法莫過於不孕處理了！ Continue reading →

  • 基因改造生物（Gene modified organism, GMO）的不孕處理-上 2010/09/11

    基因改造生物（Gene modified organism, GMO）的不孕處理-上
    國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

    所謂的基因改造(gene modification)是一種基因重組(gene recombination)的現象，包含基因的殖入(insertion，將來自其他物種的外源基因殖入表現)或剔除(deletion，將特定的基因剔除使其無法表現)。

    生物體的遺傳物質經分子生物學技術進行基因改造後，即特稱為基因改造生物(gene modified organism, GMO)，簡稱「基改生物」。

    自從1973年第一個基因改造的大腸桿菌問世後，隨著生物科技的發展，基因重組技術越來越普及，也因此在實驗室中要造出一個基因改造生物已經是越來越容易的事情。例如：利用細菌來大量製造人類胰島素，製造出具有抗蟲害的作物，養出體積比天然鮭魚大七倍的大鮭魚，還有風靡一時的螢光魚等。 Continue reading →

  • 基因轉殖魚(Transgenic Fish)-下 2010/09/11

    基因轉殖魚(Transgenic Fish)-下
    台中縣立東新國民中學自然領域楊世銘老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    台大蔡懷楨教授的團隊最先發表開發成功的稻田魚(Chou et al ., 2001)及斑馬魚(Hsiao et al .,2001)，牠們不止在外表會發出晶瑩剔透的綠色螢光，其實他們的全身組織都會，甚至於產下的卵、胚胎、稚魚及仔魚全身也都有綠色螢光。

    但轉殖生物對於生態系的影響與衝擊，往往是研究人員最難克服的問題，而台灣的螢光魚根據長期的觀察，發現牠們與正常的野生種並無不同。不止可以生活在一起，也可以交配繁衍帶有螢光的子代。

    但為了確保不因人為疏失而對生態平衡造成影響研究團隊只讓基因轉殖親代種魚具有繁衍能力，但其後之子代變成沒有孕育的能力而無法再繁殖下一代。 Continue reading →

  • 基因轉殖魚(Transgenic Fish)-上 2010/09/11

    基因轉殖魚(Transgenic Fish)-上
    台中縣立東新國民中學自然領域楊世銘老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

    基因轉殖應用在水產動物上是近幾年興起的一項科技。而部份魚類因為具有其他模式動物（如線蟲、果蠅、蟾蜍、小鼠等）所沒有的優點，例如卵多，卵徑大，胚胎透明（可直接在解剖顯微鏡下觀察器官形成），沒有產卵期的限制，基因轉殖操作簡單等優點。所以像稻田魚(medaka; Oryzias latipes ) 和斑馬魚(zebrafish; Danio rerio ) 這類觀賞用淡水魚搖身一變成為現代分子生物及胚胎發育絕佳模式動物(model fish)。 Continue reading →