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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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生命起源相關論述 特創論 ：十八世紀以前，人們相信生命是由超自然力量（神或上帝）所創造 。 自然發生說(無生源說)：
希臘學者亞里斯多德（Aristotle，384～322 B.C.）曾提出蛆是由腐屍中產生，而青蛙是從河底泥沙冒出來的 。 中國古代亦有「肉腐出蟲，魚枯生蠹」的說法。 他們認為有些生物是可以無中生有、自然發生。 生源說 ：生物不會自然發生，只能來自既有生物的繁殖 。
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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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1-1.1 生源說-亞里斯多德與瑞迪的論述 亞里斯多德：
提出「自然發生說」後至十七世紀之間，生物學者及一般大眾也都相信有些生物是可以自然發生的。 「腐肉生蛆」是常被提出的例子。 1668 年，義大利醫生瑞迪進行了一系列的腐肉生蛆實驗，挑戰蛆（生物）能從腐肉中自然發生的說法。
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瑞迪根據觀察結果，假設蛆應是來自於蠅，而非腐肉所產生。
他設計實驗以驗證其假說。 最後證實他的假說是正確的，結論是：「蛆不會由腐肉自然發生，而是由蒼蠅產生的。」 以現代標準來看，瑞迪的實驗實在很簡單，但是他建立了要以實驗來檢驗假說正確與否的觀念，也是生物學研究方法的範例。
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1-1.1 生源說-雷文霍克的發現與約伯勒的論述 荷蘭的雷文霍克使用自製的顯微鏡觀察到水中有許多微生物（如細菌等） 。
兩派學者對於微生物的來源又爭論不休。 有人認為雖然較大的生物不能自然發生，但微生物應該可以在乾草浸液內自然產生。 所謂乾草浸液就是將乾草切碎後，投入水中煮沸再冷卻而成
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1711 年，支持生源說的法國生物學家約伯勒以簡單的實驗得到結論：
密封的乾草浸液中沒有微生物出現，與空氣接觸的浸液中卻有。 假如自然發生說成立，則兩個瓶中的浸液應該都會出現微生物，但結果並非如此。
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約伯勒的實驗使用了兩個瓶子，除了瓶口是否密封這一條件不同外，其餘條件皆相同；因此其中一瓶為實驗瓶，另一瓶則當作對照瓶。
約伯勒建立了實驗操作要有對照組的觀念，這是生物學實驗中非常重要的基本要求。
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1-1.1 生源說-普歇與巴斯德論述 十九世紀的法國科學家普歇在空氣中燃燒氫，以與氧化合為人造水，來製作乾草浸液；再將氮與氧混合為人造空氣，通入滅菌後的乾草浸液中，結果仍然有微生物產生，因此普歇認為生命可以自然發生。
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1860 年左右，法國科學家巴斯德 巴斯德認為乾草浸液中的微生物是來自空氣中的微生物孢子。 如果空氣確實潔淨，則浸液就不會有微生物產生。
而普歇的實驗操作顯然不夠嚴謹，才會導致誤差。 巴斯德做了有名的「鵝頸瓶實驗」 。
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巴斯德進一步提出，不同地點的空氣中微生物含量並不相同。他將煮沸過的肉湯燒瓶密封後，攜帶到阿爾卑斯山上打開，讓空氣進入瓶中再封起來，一段時間後，20 瓶中僅 1 瓶長出微生物。
不過普歇也攜帶乾草浸液登上阿爾卑斯山收集空氣，結果卻相反，無論在哪裡收集空氣，培養液中總是出現許多微生物，因此普歇仍然認為這些微生物應該是自然產生的。
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1864 年，普歇與巴斯德預定同時在法國國家科學院公開進行實驗，但普歇對巴斯德的操作提出許多要求，科學院的評判委員認為並無意義而拒絕了普歇，普歇即宣布退出。於是巴斯德獨自展示其四年前的密封肉湯燒瓶，且將其中一瓶打開，數日後果然有微生物出現，其餘各瓶則仍然保持潔淨，迄今仍陳列在巴黎的巴斯德研究院中。
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歷經一個多世紀關於微生物如何產生的激烈爭論，終於由巴斯德確認了生源說的正確性。
然而從瑞迪至巴斯德的實驗，並不能完全否定無生源說，原因如下： (1)他們只是證明了支持無生源說的科學家所做的觀察和實驗皆是錯的。 (2)尚沒有實驗能證明生命不可以自然發生。
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巴斯德 對人類的貢獻 巴斯德（Louis Pasteur，1822～1895）是對人類最有貢獻的科學家之一。
巴斯德認為酒精醱酵液變酸的原因不是單純的化學反應，應該是微生物引起的，經過實驗觀察證實，酒精醱酵液確實受到細菌的污染，巴斯德由這項發現建立了細菌學說。 巴斯德隨後以不影響葡萄酒風味的高溫（約 62℃）處理葡萄酒，解決了葡萄酒變酸的難題，這項技術稱為「巴斯德滅菌法」。
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巴斯德由細菌學說推論動、植物罹病的致病原可能是細菌等微生物，經過一系列實驗證明，多種傳染病確實與細菌有關。
巴斯德發現將細菌離體培養，再以高溫或化學藥品處理後，施打到動物或人體內，即可大幅降低被細菌感染後的罹病率，這種疫苗接種技術，成功的預防蠶罹患傳染病，拯救了法國的蠶絲工業，隨後又成功的預防了雞霍亂與羊炭疽病的蔓延。巴斯德晚年致力於狂犬病疫苗的研發，以預防狂犬病。
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巴斯德充滿智慧與邏輯思考的實驗設計，成功的駁斥了當時仍然普遍認同的「自然發生說」。終其一生，巴斯德的成就影響了爾後化學、微生物學、生物學、免疫學、流行病學及傳統生物技術的發展。
巴斯德是科學研究者的最佳典範，他認為想像力能為我們的思想加上一雙翅膀，不過最終還是需要實驗來證明。
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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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1-1.2 有機演化 地球上第一個有生命的物體究竟是如何誕生的？何時誕生的？ 最初的生命是在地球上自然發生：
以原子或簡單分子間的偶然結合為起點。 然後經歷漫長的時間，可能出現一些構造較複雜的特殊有機分子。 能利用周遭的成分來複製與自身相同的分子，於是生命就可能自然發生。
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1-1.2 有機演化 換言之，所謂生命的始祖必須具備兩個特性： 由無機物逐漸演變出有機物的歷程，科學家就稱為有機演化
首先要有遺傳訊息，才能複製與表現生命現象。 其次為當其進行複製時，可以產生些許變異，才能演變出多樣性的後代。 由無機物逐漸演變出有機物的歷程，科學家就稱為有機演化
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有機演化 有機演化可能發生在 45 億至 35 億年前 科學家認為原始地球的大氣，可能由氫( H2 )、氨（NH3）及水蒸氣等氣體組成，而原始的火山也可噴出甲烷（CH4）等簡單有機物。 此時地球的溫度仍然相當高，充滿了來自日光、閃電以及本身所發出的能量。 在這種環境下，地表水域亦即所謂的「原生湯」中，有可能產生胺基酸等小分子有機物。
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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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生物的來源—有機演化 蛋白質 原始地球 的環境 小分子 有機物 大分子 病毒 無氧氣 氫氣 甲烷 氨氣 水蒸氣 高溫 閃電 單醣 胺基酸
小分子 有機物 大分子 病毒 無氧氣 氫氣 甲烷 氨氣 水蒸氣 高溫 閃電 單醣 胺基酸 脂肪酸 核苷酸 多醣 蛋白質 脂肪 DNA RNA 介於生物 與非生物 之間 蛋白質 DNA or RNA
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生物的來源—有機演化 細胞膜 核膜 DNA 原核 生物界 真核 生物 無核膜 細菌 藍綠藻 產生 氧氣 原生 藻類 原生菌類 原生動物
植物界 菌物界 動物界 細胞膜 核膜 DNA
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有機演化 相關實驗 米勒在尤瑞教授的指導下，將甲烷、氨、氫及水等放在一玻璃器皿中，再以加熱及電擊處理，來模擬原始地球的環境，經過數天的劇烈反應後，冷卻的水中產生了胺基酸等小分子有機物，米勒的實驗顯示在早期原生湯中產生胺基酸是可能的。
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有機演化 相關實驗 1960 年代初期，美國 邁阿密大學的福克斯將 20 種胺基酸混合加熱，再冷卻後，發現胺基酸聚合成大分子的蛋白質。
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核酸的形成 1950 年代以前，科學家普遍認為由胺基酸組成的蛋白質是遺傳物質，不過到 1960 年代，科學家已確認核酸才是攜帶遺傳訊息且能複製的大分子。 美國 加州大學的卡爾文以 g－射線作用於模擬原始大氣的成分，結果產生了嘧啶和嘌呤等物質，而嘌呤和嘧啶是核酸的重要成分，卡爾文的實驗顯示在原生湯中也能產生組成核酸的小分子。
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生物學家認為，在胺基酸、嘌呤和嘧啶等小分子形成之後，原始地球環境中應該逐漸能產生構成細胞所需的大分子。
渥斯和克立克等人隨後提出假說，認為首先表現生命特徵的分子可能是 RNA，RNA 在原始的地球環境中產生，一方面能自我複製，一方面能主導蛋白質的合成。
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1983 年，美國 科羅拉多州立大學的謝克發現某些 RNA 具有酵素功能，為 RNA 在有機演化中的角色提供有力的證據。
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DNA 可能是隨後由 RNA 轉化而成的，DNA 分子比 RNA 分子穩定，所以增加了遺傳物質的穩定性；而特殊功能酵素的產生，也形成了生化反應的多樣性與專一性，於是與今日細胞中新陳代謝相似的化學反應，即登上原始的地球舞臺。
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膜的形成 有些科學家曾經以脂質分子聚合成類似空細胞的脂質小球 。
福克斯隨後的實驗發現，胺基酸聚合成的蛋白質能自然組成微小球狀物，這些小球可脹大、縮小，也可融合其他小球，他稱之為原型細胞。 不過脂質小球或蛋白質小球並不具有生命特徵，核酸與蛋白質也並非由小分子任意聚合而成。 只有具有穩定遺傳物質與新陳代謝反應的原型細胞，才可能進一步演變為地球上最早的細胞。
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第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法
第1章 緒論 1-1生命的起源與演化 1-1.1 生源說 1-1.2 有機演化 1-1.3 原始生命的演化 1-2生物學的研究方法 1-2.1 研究步驟和過程技能
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1-1.3 原始生命的演化 由異營到自營 由無氧到有氧 由單細胞到多細胞
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由異營到自營 生活在原始地球環境中的細胞，需利用周遭的有機物作為新陳代謝的原料，並從中獲得能量，這種維持生命的型式稱為異營。
科學家在澳洲 30 多億年前的岩層中，發現許多原核細胞生物的化石，其中包括能行光合作用的藍綠菌。 於是科學家推測，當地球環境逐漸改變，原始水域中的有機物快速消耗時，可能出現了能直接利用無機物的生物，這種將無機物合成有機物以維持生命的型式稱為自營。
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1-1.3 原始生命的演化 由異營到自營 由無氧到有氧 由單細胞到多細胞
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由無氧到有氧 科學家認為 27 億年前的地球水域中，已經遍布著能行光合作用的藍綠菌，這些行光合作用的生物，為大氣提供了氧的來源，使大氣由無氧狀態逐漸轉變為有氧，導致地球上的生命型式產生重大的改變。
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氧的累積，也使氧分子在日光的催化下，轉變為臭氧，臭氧層隔絕了來自陽光的大部分紫外線，使大的有機分子（尤其是 DNA）不易遭受紫外線破壞而趨於穩定，也使地球環境更適合生物的生存與繁衍。
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但是氧對原來生活在無氧狀態下的許多生物反而是有毒害的，故原先占有生存優勢的行無氧代謝生物，逐漸被行有氧代謝的生物所取代，於是地球上的生命世界，有了全新的面貌。
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1-1.3 原始生命的演化 由異營到自營 由無氧到有氧 由單細胞到多細胞
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由單細胞到多細胞 原始的細胞沒有細胞核，也沒有粒線體、葉綠體等許多有膜胞器，稱為原核細胞。
由化石證據推估，真核細胞生物可能出現在 18 億年前，從此生命的演進邁向新紀元。 由於真核細胞的遺傳物質有核膜保護，具有胞器可使新陳代謝更有效率，細胞更能適應外界環境，並開始與其他細胞結合與分工，於是單細胞的生命型式，逐漸演變為多細胞的生命個體 。
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生命的演化 從原始生命產生以來，已歷經約 35 億年，其中約 30 億年時間，生物只在水裡生活，陸地上沒有生物。
直到約 5 億年前，生物才開始在陸地上出現。 植物約在 4 億多年前，開始在陸地繁殖。
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生命的演化 陸地上一旦出現綠色植物，許多陸生動物也就演化並興盛起來。
由生命演化的過程中，可發現環境是影響演化的主要因素，故隨著環境變遷，地球上產生了各種型式的生物，有的興起，有的滅絕，在數十億年後的今天，形成物種繁多的生命世界。
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生命的演化
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End
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