單元十八 生命現象與生物學研究

十八.生命現象與生物學研究 單元 1.生命現象 2.生命的起源 3.生物的多樣性 4.生物學的研究方法 內容 生物三上 7~8 9~14 14~19 20~22 參考書 P120~130、503~506

生物體(具有生命現象的個體)組織層次： 原子→小分子→大分子→胞器→細胞(生物構造.功能單位)→組織→器官→系統→個體→族群→群集(落)→生態系→生物圈 細胞 組成 功能 細胞膜 醣類.蛋白質.脂質 分隔細胞質與環境 細胞質 胞器.膠狀基質 代謝作用 細胞核 核膜.核質.核仁.染色體 控制.調節細胞活動

生物的組成層次

單元十八第1部分 生命現象 生命現象(新陳代謝.生長.繁殖.感應.運動.適應.恆定性)：具能量與DNA兩大要素

(新陳)代謝：包括同化與異化作用 過程 能量 別稱 例子 同化作用 將簡單化學物質合成較複雜化學物質 儲能 吸能 耗能 合成 還原 光合作用 合成體質 異化作用 將大分子物質分解成小分子物質 放能(釋能) 產能 分解 氧化 消化作用 呼吸作用 分解體質 光合作用： CO2+H2O+光能→C6H12O6+O2+H2O 呼吸作用：葡萄糖+O2→CO2+H2O+能量(ATP)

生長(體積或細胞數增加)與發育(分化：形態.功能變化)：同化作用＞異化作用 繁殖(生殖)：①遺傳特性傳遞後代 ②分為有性和無性生殖 感應：環境刺激產生反應(動物的趨性.植物的向性) 運動：①動物的覓食.避敵.求偶 ②藻類運動 ③植物的細胞質流.睡眠運動(膨壓造成) 適應(演化)：構造和機能適合棲所(例夏威夷群島有六種鳥喙的似雀鳥.仙人掌針狀葉) 恆定作用：生物內在環境維持在一定範圍內(例人體溫37℃.血糖100mg/100mL血液..)

知更鳥正在餵小鳥

植物幼苗的向光性 含羞草對刺激的反應

蝮蛇的特殊溫度感應器官----頰窩

夏威夷群島鳥類適應實例

單元十八第2部分 生命的起源 生命的起源：神創說.隕石說.外星人帶來說.自然發生說(無生源說)

最初生命：自然發生說(原始環境無氧及沒有細菌等微生物：有機物累積快,不發酵.腐敗) 有機演化說(化學演化說) 46億年前：太陽系剛形成,地球充滿水蒸氣.N2.NH3.H2S.CO2.H2.CH4等氣體 1924年歐柏林(蘇俄1894～1980)：地球無氧充滿無機物(H2.CO2.N2.CH4和水蒸氣)→簡單有機物→複雜有機物(環境能量)→第一個生物(長時間組合演化) 1928荷頓(英國)：提出〝原始湯〞理論 還原性大氣(太陽紫外線.宇宙線)→胺基酸.醣類等→堆積海洋(高湯狀海水)→生命形成

生命起源的可能模式 (A)原始的大氣中含有多種氣體,包括來自火山的水蒸氣;當水蒸氣遇冷時形成雨水,會同其他氣體降到海洋中。 (B)來自火山爆發和閃電的能量,使各種氣體互相作用而形成簡單的有機分子。 (C)濺潑到岩岸的胺基酸聚合成多肽 (類似蛋白質),當它們進入水中時結成微球。 (D)最後,演化結果即是出現各種原核生物和真核生物,一些原核生物能行光合作用並產生氧。

無機物→簡單有機物(尤里.米勒.卡爾文證明)→複雜有機物(福克斯證明)→30多億年前最早生命出現 實驗 尤里(1893～1981) 米勒(1930～) 福克斯(1912～) 卡爾文 (1911～) 反應物 原始大氣(CH4.NH3.H2和水蒸氣) 18～20種胺基酸 原始大氣 能源 加熱.電極放電 加熱 γ射線 生成物 7種胺基酸和其他有機酸等 蛋白質(半透性雙層膜的微球) 醣類.胺基酸.嘌呤.嘧啶 意義 無機物合成有機物 小分子合成大分子 合成含氮物質 有些科學家將脂質在水中自我組成脂質體(原始細胞起源)

米勒和尤里的實驗裝置

脂質體 微球 美謝克發現某些RNA有酵素功能,生物家推測早期RNA可自我複製.修飾(原始環境之Fe3+等還原性金屬離子,可作為催化劑)

原始生命組成之模擬步驟

新生命誕生： 學說 生機論 機械論 內容 生命體具有特殊〝生命力〞.〝靈魂〞 生命現象可用理化或機械原理解釋 時間 17世紀之前 特點 無法回答特殊生命力.靈魂 和肌肉收縮.心跳等現象相似 代表 亞里斯多德(384～322B.C.) 笛卡爾(1596～1650)

雷文霍克(荷1632～1732)：自製顯微鏡,發現水中有原生動物和細菌 學說 自然發生說 (無生源說) 生源說 內容 生命來自無生命的物質 生命是由親代產生 代表 亞里斯多德(…腐肉生蛆…).尼丹(英1713～1781;羊肉汁.玉米.小麥.南瓜粥加熱) 雷迪(義1621～1697;否定腐肉生蛆).豪巴樂(法1645～1723;乾草浸液).斯巴蘭扎尼(義1729～1799;乾草浸液).巴斯德(法1822～1895；鵝頸瓶實驗)

雷文霍克─細菌首位發現者

雷迪的蒼蠅生蛆實驗設計

巴斯德的實驗

單元十八第3部分 生物的多樣性 (歧異度) 演化方向：單細胞生物→單細胞群體→多細胞生物 例 子： 單胞藻 例 子： 單胞藻 盤藻(4.8.16個).實球藻(32個).團藻(數萬個以原生質絲聯絡分工.中空.外被膠質囊) 高等動物(特(分)化現象.如神經與肌肉接合處)

單胞藻及結合成群體的藻類 單胞藻 盤藻 實球藻 團藻

三種特化細胞的結合

演化 早 (種類少.簡單.海洋) 晚 (種類多.複雜.陸地) 營養 異營(原始大氣無氧.能量直接來自高湯中) 自營(最早可能是化學合成菌和35億年前藍綠菌類) 基因 簡單(不需有合成.分解有機物) 數目增加(無氧及宇宙線使基因突變) 生物 原核 真核(15億年前-化石記錄推測) 環境 無氧呼吸 有氧呼吸(自營生物行光合作用釋出氧) 細胞 單細胞生物 多細胞生物

異營實例 大蟒蛇的下頜具彈性,可吞食大型動物

最早自營生物－藍綠藻 顫藻 藍球藻 葛仙米藻

特徵 原核生物 真核生物 細胞大小 直徑＜10μm(細胞通常＜1μm) 通常10-100μm(有種單胞藻4-5μm) 細胞核 無(不具核膜.核仁) 有核膜.核仁 染色體 環狀DNA存在細胞質中 線狀DNA纏繞蛋白質 胞器 不明顯(無膜狀胞器),有核糖體 有各種胞器 代謝作用 有氧或無氧呼吸 大都為有氧呼吸 營養方式 異營.化學自營或光合自營 異營或光合自營

特徵 原核生物 真核生物 能量製造 於細胞膜 於粒線體 活動性 通常不動(部分具鞭毛) 通常可活動(纖毛.鞭毛…) 繁殖方式 無性(簡單分裂生殖,無紡錘絲) 無性或有性(有絲及減數分裂) 細胞骨架 無 有 細胞壁 肽聚糖 纖維素或幾丁質 實例 細菌.藍綠菌(顫藻.念珠藻.螺旋藻.葛仙米藻) 原生生物.真菌.藻類.植物.動物…

時間 演化 始生代 (前寒武紀) 46億年前 地球形成 35億年前 原始生命水中誕生(澳洲疊層藻化石：似藍綠菌) 古生代 (奧陶紀) 5億年前 出現陸地生物(植物登陸) 古生代 4億多年前 植物和藻類在陸地繁殖 中生代 1億8千萬年前 出現鳥類和哺乳類 新生代 ….. 哺乳類.鳥類時代

環境如何由無氧演變到有氧？ 澳洲之疊層藻化石 顯微鏡下 之疊層藻

生物分類：根據演化關係.細胞類型和數目 亞里斯多德(384~382B.C.)：將植物分成草本.喬木… 林奈：19世紀初期提出二名法(學名：屬名＋種名),將生物分為植物界和動物界,依界.門.綱.目..科.屬.種系統分類 顯微鏡發現：有些顯微鏡下生物不適於歸類在動物界或植物界 1960年電子顯微鏡：看清楚細胞內的構造 懷塔克(美)：依細胞構造與代謝作用將生物分成五界

林奈分類系統的層級架構

單細胞到複雜多細胞的演化趨勢

(亞里斯多德以前) (黑格爾) (1960年代起：生物多界論) (菌物界)

細胞壁 生殖 實例 原核 生物 有 (肽聚糖) 無性生殖 (真)細菌(藍綠菌.細菌).古細菌(沼氣菌.甲烷菌) 原生 生物 原生植物(單細胞浮游).藻類有纖維素 無性生殖,少數行有性生殖 原生動物(鞭毛蟲.纖毛蟲.變形蟲).黏菌.眼蟲.原生植物.藻類 真菌界(菌物) 幾丁質和纖維素 世代交替 (有性.無性) 不完全菌.壺菌.接合菌.子囊菌.擔子菌 植物界 纖維素 世代交替 苔蘚.維管束植物 動物界 無 有性生殖,少數行無性 無脊椎.脊索動物 菌物界(真菌)：異營(腐生.寄生) 原核生物：自營(光合菌.化學合成菌.藍綠菌)異營(腐生.寄生.共生-固氮)

古菌界：比細菌更早出現,生長在極端環境(高溫.高鹽.高酸鹼等)的原核生物〝古菌〞 病毒：有人認為病毒不是有生命的細胞,不宜放入五界 眼蟲或扁眼蟲：兼具動.植物特徵,早期歸在模糊不清地帶 動物特徵 植物特徵 特徵 無細胞壁.眼點(感光).鞭毛(運動).伸縮泡(排水：主動運輸).體表吸收有機物(主動運輸) 葉綠體.類澱粉儲存

植物界：蘚苔維管束植物(蕨類→裸子→被子(雙子→單子葉)) 無維管束 維管束植物 藻類 苔蘚植物 蕨類(羊齒植物) 種子植物 裸子植物 被子植物 維管束 無 有(假導管.篩管) 有(導.假導.篩.伴) 根.莖.葉 有 種子 有(著生在鱗片) 有(外被果實) 生殖器官 球(毬)果-藉風力 花(開花植物) 世代交替 石蓴有

藻類 苔蘚植物 蕨類(羊齒植物) 裸子 植物 被子 植物 胚胎 無 有 異形配子 部分有 異形孢子 孢子體 與配子體相同 寄生在配子體 發達 環境 水生 潮濕處(輸水.受精) 陸生(受精需水) 陸生 多陸生 實例 水綿.間生藻.石蓴… 土馬騌 .地錢… 滿江紅.筆筒樹… 蘇鐵.松.柏.紅檜.銀杏.麻黃類… 杜鵑花.榕樹.木麻黃…

被子植物(開花植物)：含雙子葉及單子葉植物 雙子葉植物 (有草本和木本) 單子葉植物 (多草本) 子葉 二枚 一枚 胚乳 通常萎縮(無胚乳種子) 發達(有胚乳種子) 根 軸根系 鬚根系 葉脈 網狀脈 平行脈 維管束 環狀 分散排列(散生) 形成層 有 無 髓 莖有.根無 莖無.根有(在中央) 花瓣 萼片 雄蕊 四或五的倍數 (花萼.花冠區分明顯) 三的倍數 (花被：花萼.花冠分不清)

脊索動物門：分為尾索動物亞門(如海鞘).頭索動物亞門(如文昌魚).脊椎動物亞門 魚綱 兩生綱 爬蟲綱 鳥綱 哺乳綱 體溫 變溫 變溫(冬眠) 恆溫 呼吸 鰓(少數以肺.腸) 鰓(幼體).肺(成體) 肺泡 肺延伸氣囊 肺 (有肺泡) 心臟 一房一室 二房一室 二房二室(隔不全) 二房二室 生殖 多體外受精.卵生或卵胎生(幼體缺照顧) 體外受精.卵外被膠囊(幼體缺照顧) 體內受精.卵生或卵胎生(卵殼.幼體多缺照顧) 體內受精.卵生(具卵殼.具育幼) 體內受精.多胎生(有胎盤和臍帶.具育幼) 皮膚 鱗片(外覆黏膜) 不防水(吸水).外覆黏膜(呼吸) 骨板或鱗片(抗旱.蛻皮) 羽毛(保溫.飛行) 毛髮和指甲等衍生物 實例 軟骨.硬骨魚. 蛙.蟾蜍.蠑螈… 蛇.龜.鱷魚.. 企鵝等鳥類 鯨.人類…

脊索動物三大特徵：脊索.神經索.鰓裂 特徵 脊索 神經索 鰓裂 形態 棒狀 長條狀 平行之裂縫 位置 縱貫全身 縱貫全身.脊索上方 身體前端兩側 功能 支持和運動 神經中樞 攝食和呼吸(後演化成呼吸器官)

生物的五界分類

五界生物分類的基準

植物分類示意圖 (菌物界) 種子植物 (開花植物)

植物的演化關係圖 藻類

色素 個體顏色 生活處所 例子 葉綠素 胡蘿蔔素.葉黃素 其他色素 綠藻 a.b v 鮮綠色 淡水.海水(少) 新月藻.綠球藻 裸藻 綠色 淡水.海水 眼蟲 褐藻 a.c 藻褐素 褐色 淡水(少).海水 昆布.馬尾藻 甲藻 褐色.黃褐色 雙(渦)鞭藻 金黃藻 矽藻 紅藻 a.d 藻褐素.藻紅素 紅色 紫菜.石花菜

單、雙子葉比較 雙子葉 單子葉 子葉 兩個(胚乳退化) 一個(胚乳發達) 葉脈 網狀脈 平行脈 莖 有草本和木本 維管束呈環狀 (具形成層和髓) 多草本 維管束呈散生 (不具形成層和髓) 花 4或5或其倍數(花萼、花冠區分明顯) 3或3的倍數(花被：花萼、花冠分不清) 根 軸根系 不具髓、有形成層 鬚根系 具髓(在中央)、不具形成層 例子 杜鵑花、榕樹、豆類、毛茛 百合、稻米、小麥、玉米

動物分類示意圖

動物界的一個類緣樹

無脊椎動物：不具脊柱,缺乏支撐物,個體均不大 體制 環境 實例 原生動物 單細胞 淡水.海水.寄生 瘧原蟲.變形蟲.草履蟲… 海綿動物 多細胞 海水或淡水 海綿(幼年自由游泳.成蟲一端固定礁岩) 有許多鈣質或矽質的針骨維持個體形狀 腔腸動物 珊瑚.水螅.水母.海葵… 觸手有刺囊細胞麻醉水中小生物 有一個消化腔(口兼肛門) 扁形動物 淡水或寄生 華肝吸蟲(寄生人體的膽管).渦蟲

草履蟲 變形蟲

扁形動物門 海綿動物門

體制 環境 實例 線形動物 多細胞 淡水.海水.土壤.寄生 線蟲(淡水.海水.土壤).鉤蟲及蛔蟲(人體腸道) 呈圓柱.不分節 軟體動物 淡水.海水.陸地 蝸牛.文蛤.牡蠣 (有外殼).烏賊 (殼退化藏於軀幹背面皮膚下).章魚(殼完全退化).海麒麟(不具外殼) 身體柔軟.不分節 環節動物 淡水.海水.土壤 沙蠶(每一體節均有側足).蚯蚓.水蛭俗稱螞蟥(體表光滑.靠身體蠕動行走) 節肢動物 陸生 蚊子.蒼蠅.蝴蝶.螃蟹.龍蝦.蜈蚣和蜜蜂等 種類.數目最多的動物門 身體分節且有成對附肢 有堅硬外骨骼保護身體 棘皮動物 海水 海膽.海參.海星.陽燧足等 不分體節.表皮有棘狀突起

環節動物 線形動物

脊椎動物：屬於脊索動物(具有脊索,包括尾索如海鞘.頭索如文昌魚及脊椎動物) 脊椎動物的種類約佔脊索動物的90% 胚胎時期具有脊索.成長後由脊椎取代 特徵 實例 魚類 生活在水中.用鰓呼吸.身體有鱗片 呈流線型減少游動阻力 以鰭為運動及平衡的構造 多為卵生.少數為卵胎生 海馬.鰻魚.鯊魚.草魚.吳郭魚… 兩生類 成體生活在近水源處：皮膚光滑.沒有鱗片防止水分散失且卵必須產在水中或溼地中 幼體孵出後在水中生活並用鰓呼吸 成體可到陸地並用肺呼吸(肺不完全.需藉助皮膚呼吸) 蟾蜍.青蛙.蠑螈…

鳥類 魚類 兩生類 爬蟲類 哺乳類 特徵 實例 爬蟲類 大多生活在陸地.少數在水中(四肢特化成鰭狀).具四肢爬行 用肺呼吸 體表具有鱗片或骨板防止水分散失 卵生(受精卵具有硬殼保護) 鱷魚.壁虎.蜥蜴.蛇.海龜 鳥類 大多可飛翔：身體被覆羽毛且有翅膀(鴕鳥.企鵝等翅膀退化不能飛) 受精卵具有硬殼保護 鴿子.麻雀.貓頭鷹.雞.鴨.鵝 哺乳類 身體被有毛髮 大多數胎生 母體具有乳腺可哺育幼兒 人.狗.貓.牛.羊.老虎.鯨魚.海豚.豬.猴子.袋鼠.鴨嘴獸 鳥類 魚類 兩生類 爬蟲類 哺乳類

脊椎是脊椎動物的特徵

單元十八第4部分 生物學的研究方法

生物學的研究方法 步驟 特徵 實例 觀察 科學方法的第一步 用感官.儀器 定量.比較性觀察 細心.周詳.客觀觀察 佛來明培養葡萄球時發現青黴菌菌落外有一環帶 問題 好奇心或欲進一步瞭解而提出有意義.確切的問題 對問題的敘述要清楚正確 為什麼… 假設(說) 對觀察到的事實進行推理(解釋.預測事實) 青黴菌可能產生化學物質

步驟 特徵 實例 實驗 實驗組(有處理).對照組(控制組)：僅一個變因 樣本數大 實驗組(加青黴菌的肉汁培養) 對照組(缺青黴菌的肉汁培養) 數據處理 頻度分配表：組數在5-15組間 數據圖示法：次數多邊圖.長條圖 討論學說 學說：經證實的假說,如細胞學說(可被修改) 定律：一再驗證未被推翻的學說(可能修改) 青黴菌能產生抑制細菌生長的物質 結果否定假設→修改假設→重新實驗 結果與假設無關→無法判定

怎樣處理數據