第十三章：生物的多樣性與保育 第一節 基因多樣性

基因多樣性的意義 1.基因多樣性是指族群中不同個體間，各種 基因座所擁有等位基因的多樣化或多型性 2.就個體而言：不同等位基因的個體，對環 境有不同的適應力。例如：某野生品種水 稻具有抗病基因，其他品種缺乏此基因。 3.就族群而言：每一個族群都有自己獨特的 基因池。基因池愈大，代表等位基因種類 愈多，對環境的適應能力就愈強。

全球暖化影響了掠食者與被掠食者的關係 1.氣溫上升會影響許多物種的生長、繁殖、遷徙 等週期性行為，例如：全球暖化已導致數百種 開花植物的開花日期提早。 2.荷蘭生物學家研究白頰山雀的生殖生態，蛾類 毛蟲是白頰山雀雛鳥的重要食物。 (1)在1980年的觀察中，白頰山雀的育幼期剛好 是毛蟲數量的大發生期。 (2)2000年毛蟲的大發生是在山雀的孵卵期，等 到雛鳥孵化出來時，毛蟲的數量卻正在減少 ，於是只有早出生的幼鳥吃得到毛蟲。

全球暖化影響了掠食者與被掠食者的關係 A.1980年，毛蟲的總生物量最大值約在5月28日，如此白頰山雀 的雛鳥有充足的食物來源，此稱為偶合（match） B.2000年，毛蟲的總生物量最大值約在5月15日，所以只有早期 孵化的雛鳥有蟲吃，此稱為失合（mismatch）

基因多樣性 與 族群大小 1.掠食者與被掠食者族群數量的失和，導致白頰 山雀族群的平均繁殖成功率下降。 2.近年來的研究發現，白頰山雀個體間有變異 存在，有些個體的繁殖日期會隨著氣溫而調 整，具有這項變異的個體較容易繁殖成功。 3.族群變小的影響：易有近親繁殖及遺傳漂變。 近親繁殖與遺傳漂變會使得族群中等位基因 的頻率改變，亦有可能降低基因多樣性。

族群結構 與 遺傳漂變 1.族群的遺傳結構，是由等位基因頻率所決定 。若族群中的等位基因頻率發生與天擇無關 的隨機改變，稱為遺傳漂變。 2.遺傳漂變是隨機的改變，與天擇無關。 3.在小族群中，遺傳漂變的影響較大。 4.造成遺傳漂變的原因包括瓶頸效應及創始者 效應，皆會使遺傳多樣性降低。

遺傳漂變 1.第一世代中假設只有 框起來的 5 株植物 繁殖了第二世代。 2.第二世代中假設只有 框起來的 2 株紅花植 物繁殖了第三世代。 3.在此一小族群中， 發生了遺傳漂變， 剔除了a等位基因。

瓶頸效應 1.瓶頸效應是指由於環境的改變導致族群中的個體數 大量減少，有些等位基因可能從基因池消失。 2.雖然族群中的個體數會因繁殖而再增加，但此族群 之基因組成與發生瓶頸前之族群的組成不同。 例如：臺灣梅花鹿 (大量獵捕-1638年-15萬張鹿皮) (1)因過度獵捕以及其棲地破壞，使得野生的臺灣 梅花鹿在野外絕跡。 (2)動物園及民間養鹿場利用少數的梅花鹿進行復 育計畫。雖復育後的梅花鹿族群增加，但基因 多樣性已無法與最早的野生原始族群相提並論。

瓶頸效應示意圖 瓶頸效應：從瓶子中倒出一些球，當球通過 瓶頸時，恰似通過一場環境變動。倒入杯子 中的紫色球佔多數，而不見橘色球，如此可用 以比喻一個經過瓶頸效應的族群，其基因多樣 性會降低。

想一想 目前墾丁與綠島均有野放的梅花鹿族群，但 根據研究，兩地區梅花鹿族群間的基因型明 顯不同，若要增加兩地區梅花鹿的基因多樣 性，你會有什麼樣的建議？ 若相互引進部分個體做雜交配對， 可增加彼此族群內的基因多樣性。

創始者效應 1.創始者效應是指生物族群內的少數個體，因 某種原因遷移到新棲地定居後建立的新族群 2.新族群因未與其他同種生物的族群交配繁殖 ，因此拓荒新族群繁衍出的個體，其基因多 樣性會比原本居住地的母族群降低許多。 3.創始者效應一般發生於對外隔絕的島嶼、 湖泊或較為封閉的新棲地。 4.創始者效應最極端的例子是一隻懷孕的動物 或單一個植物種子所創建的新族群。

創始者效應 創始者效應：當有幾隻瓢蟲從原來的母族群 遷移至隔離的海島，經過一段時間之後， 繁殖形成的族群其基因頻率將改變，遺傳多 樣性會降低。

台灣生物的創始者效應實例 ◎由於創始者效應的作用，某些生物的基因多 樣性是偏低的。 1.臺灣為一島嶼環境，有很多物種藉由其果實 或種子隨洋流漂流至海岸地區而建立，如： 棋盤腳、椰子等。 2.有一些物種可能是由候鳥挾帶入境，在溼地 建立族群，如：臺灣水韭、東亞黑三稜等。 3.有一些人為引入的物種，最後在臺灣馴化成 功，如：許多菊科及禾本科植物。

受創始者效應影響的人類族群 1.受創始者效應影響的族群，相對於其他族群 會具有較高頻率的遺傳性疾病，也會改變基 因池中的基因頻率。 2.例如：居住於美國賓州的Amish族群，是早期 由少數德國人移民至此，同族通婚繁衍的結果 3.Amish族群中攜帶有的隱性突變基因容易造成 罕見疾病的發生率偏高，如：埃利偉氏症。 (身材較矮小，有多指（趾）症，心房中膈缺損或是單一心房）

第十三章：生物的多樣性與保育 第二節 物種多樣性

影響物種多樣性的因子 1.生態學家常以物種豐富度和物種均勻度來比較 兩個地區物種多樣性的高低。 (1)物種豐富度是指物種的數目，物種數目愈 多則豐富度愈大。 (2)若兩地區中的物種數相同，則區域中每一 物種的個體數愈相近者稱為物種均勻度高 ，其物種多樣性愈高。 2.一個地區的物種多樣性愈大，生態系就愈容 易維持平衡，例如：熱帶雨林的物種多樣性 大於水稻田的物種多樣性，群集較穩定。

影響物種多樣性的因子 (續) 3.影響物種多樣性的因素可由時間與空間來探討： (2)物種多樣性會隨緯度、海拔高度及水體深度而 產生變化： (1)歷時越久，一個地區的物種多樣性可能會增加 (2)物種多樣性會隨緯度、海拔高度及水體深度而 產生變化： a.大致而言，從赤道到兩極隨著緯度增加， 物種多樣性有逐漸減少的趨勢。 b.隨著海拔高度的增加物種多樣性會降低。 c.水體中物種種類則隨著深度的增加而減少。

棲地的異質性有利物種多樣性 1.當棲地的環境異質性高時，如環境中包含有 森林、灌叢、草澤、農田、池塘、河流等 各樣環境，則能生存其中的物種較多。 2.在森林中，由樹冠頂層往下一直到森林底層 ，其光線強度、溫度、溼度等因子都有差別 3.森林在垂直結構上，可分為喬木層、灌木層、 草本層及地被層。在不同的森林層次中，一般 會有不同的動物棲息其間。

島嶼生物地理學 1.生物地理學是探討動物與植物的地理分布， 解釋地球上為何有這麼多樣的生物，以及它 們為何以目前的方式分布。 2.島嶼生物地理學是探討島嶼上的各種地理因素 對生物分布和適應的影響： (1)如何遷移到島嶼：跨越水域或藉由 暫時性的陸橋(冰河時期) (2)島嶼的來源：大陸島嶼、海洋島嶼兩大類

大陸島嶼 與 海洋島嶼 1.大陸島嶼：如台灣 (1)原為大陸連續的一部份，後來才與大陸分離。 (2)島上的生物與鄰近大陸的物種較相似，特有種 的比例相對也較低。 2.海洋島嶼：如加拉巴哥群島 (1)經由海底火山的噴出物或珊瑚礁所形成。 (2)海洋島嶼初形成後，生物才由相鄰的大陸遷徙或 被攜帶至島上，可能再逐漸演化成新種。 (3)能藉由空氣或水傳播的生物會優先到達島嶼。 (4)與大陸島嶼比較，海洋島嶼的物種豐富度通常較 低，但特有種的比例卻遠較大陸島嶼高。

小知識-島嶼生物地理學 1.島嶼內物種的豐富度，是取決於物種的遷入和 滅絕，當遷入率與滅絕率相等時，則島嶼的 物種豐富度達動態平衡狀態。 2.新物種抵達島嶼的遷入率主要是由移入來源 的距離所決定，距離越近則移入率較高。 3.新物種在島嶼上的滅絕率則是由島嶼面積所 決定，大島嶼能容納的物種比小島嶼多，物 種間的競爭性與物種數相同的小島嶼比較來 得低，因此滅絕率較低。

島嶼生物地理學 A-離大陸遠的小島，物種豐富度較低。 B-離大陸近的大島，物種豐富度較高。

大陸島嶼-臺灣本島 1.臺灣本島是由菲律賓海板塊擠壓歐亞板塊而 隆起，是典型的板塊碰撞所產生之大陸島嶼 2.因臺灣本島於冰河期時，全球海平面下降， 曾多次與大陸陸塊相連(曾比現在低130m)， 提供了通道讓北方的生物南移避寒。 3.冰河時期結束，上升的海水再次淹沒陸橋， 臺灣的物種從此與大陸隔絕，而逐漸演化出 特有的孑遺生物，例如：臺灣山椒魚。 4.冰河期是使臺灣物種豐富的原因之一。

海平面比現在低約 65公尺所繪製的臺灣輪廓 ，有一座陸橋，將臺灣與大陸連接起來，許 多的物種因此得以遷徙到臺灣。

台灣發現的生物化石 1.由臺灣本島浮出海面僅六百多萬年歷史的地層，卻 蘊養著數千萬年的古老物種可推測，臺灣有許多物 種是由大陸遷移至此。 2.從澎湖水道附近打撈起的大量化石，以及臺南左鎮菜 寮溪流域一帶出土的動物化石，例如：古象、犀牛。 3.在菜寮溪流域所發現的古象包括有長毛象，第一隻出 土的犀牛化石被命名為「早坂中國犀牛」。 早坂中國犀牛 長毛象化石

經陸橋遷移到台灣的臺灣長鬃山羊 1.臺灣長鬃山羊是臺灣特有種的動物，但以 粒線體DNA分析臺灣長鬃山羊及大陸蘇門 答臘長鬃山羊，發現兩者的親緣關係近。 2.由長鬃山羊的化石證據，可以推論長鬃山羊 可能是在冰河期海退所形成的陸橋遷徙來到 臺灣，並在冰河期結束後，隔離於臺灣島， 隨著時間而隔離種化成現今的 臺灣長鬃山羊。　

台灣的植物相-有歐亞大陸溫帶性物種 1.臺灣中海拔山地的植物與中國大陸北部及日本 的植物近似。 2.高海拔山區植物則與大陸西部及喜馬拉雅山區 植物接近。 3.南湖柳葉菜分布於臺灣海拔2,600公尺以上山 區，是臺灣特有種高山 植物，也是臺灣少數存 留的冰河孑遺植物。

氣候與地理條件使台灣的特有生物種類多 1.氣候： (1)臺灣屬熱帶及亞熱帶地區，有熱帶季風型的氣候。 (2)東北季風與西南季風帶來豐沛的雨量。 (3)黑潮使臺灣氣候比同緯度其他地區溫暖。 2.地形： (1)臺灣因板塊的擠壓有許多超過3000公尺的高山。 (2)地質年齡輕，山脈陡峭、溪谷縱橫，而有熱帶季風 林、常綠闊葉林、針闊葉混生林、針葉林及高山 寒原等不同的自然景觀 ，生態系多樣性高。

海洋島嶼 -夏威夷群島 夏威夷群島位於北太平洋中部，由數十個大、 小島嶼所組成，形成一個長達2650公里的島鏈 。各島嶼的形成，大都是由海底火山不斷噴發 ，熔岩堆積，最後突出海面所形成。

夏威夷群島的生物 1.夏威夷群島距離陸地遙遠(離墨西哥海岸5085公里)， 從未與大陸相連，屬於海洋島嶼。 2.推測夏威夷群島上的生物遷徙來的方式： (1)鳥類可飛翔到達島上。 (2)植物的種子則可用鉤子附在鳥類的羽毛，或是種 子留在鳥類的消化道內，與鳥類一起到達。 (3)蕨類的孢子遠比開花植物的種子輕，更容易到達 (4)種子靠海飄移到達，如：椰子、草海桐與刺桐。 3.島上至今沒有真正的淡水魚，也無原生兩生類、爬蟲 類或哺乳類（除了一種蝙蝠以外）。 4.在人類引入之前，島上亦無螞蟻（因不會飛行） 。

夏威夷群島上唐納雀的適應輻射 1.物種在島嶼的環境中，較容易產生適應性 演化。因競爭有限的食物和空間，部分個 體向外播遷，佔據不同的棲所以利生存。 2.以唐納雀為例，科學家認為牠們的共同祖先 應是來自亞洲，在到達這些島嶼之後，因 競爭和適應的關係而演化出不同的物種。

夏威夷群島上唐納雀的適應輻射

島嶼容易形成特有種的原因 ◎特有種是指一物種僅分布在某一局限的地理區域， 則稱此物種為該地理區域之特有種。 1.島嶼生物通常是由某一較大的族群分出來的次族群， 在遷移過程中，此次族群經長時間的隔離演化，適應 當地環境，可能因而產生了特有種。 2.分布於其他地方的相同族群，由於氣候變遷等緣故而 滅絕，也可能使得遷移到某島嶼的族群變為特有種。 例如：臺灣的冰河孑遺生物－臺灣山椒魚，原本是居 住於寒帶的物種，冰河時期曾廣泛分佈於華南一帶並 遷移至臺灣，後來氣候回暖，許多地區的山椒魚滅絕 ，而留在臺灣高海拔山區的山椒魚則演化成特有種。