高中必修生物｜生物演化有哪些證據？化石、DNA 與親緣關係完整解析
已更新：23小时前
化石的證據
化石是古代生物留下來的構造或活動痕跡，是研究古代生物最直接的證據，也是證明生物古今不同最直接的證據。
化石的形成：
化石作用是指隨著沉積物變成岩石的成岩作用，埋藏在沉積物中的生物遺體經歷了物理作用和化學作用的改造，但是仍然保留著生物面貌及部分生物結構的作用。
通常位於沉積岩愈底層的化石，年代愈久遠；愈上層，年代愈新——化石的相對年代。
化石的絕對年代以放射性同位素的相對含量來推定（放射性同位素半衰期定年法）。
系列化石：根據化石出土時在地層中所處的岩層位置，可瞭解該化石所代表生物的生存年代；經比較一系列相關化石的形態差異，可知道相關物種的演化過程。
解剖學的證據
1. 同源構造
(1) 生物在適應環境的過程中，演化出外觀或功能不同，但基本解剖構造相同的器官，稱為同源構造。
(2) 同源器官的胚胎發生來源相同→可作為演化的證據。
(3) 同一分類階層的生物→彼此間都具有相似的構造。
例：鯨豚的前肢、蝙蝠的翼、馬的前肢及人的前肢。
(4) 哺乳類的前肢與爬蟲類的前肢的骨骼構造相似→外觀差異很大、功能各異→適應不同環境。
2. 同功構造
(1) 不同生物所具有功能相同，但演化來源不同的構造，稱為同功構造。
例：鳥類的翼、昆蟲的翅、蝙蝠的飛膜→均具有飛翔的功能，但來源不同。
(2) 同功器官的胚胎發生來源不同→不可作為演化的證據。
3. 痕跡構造
(1) 有些生物具有一些較微小且功能不明顯的退化構造，但在其祖先的生理機能運作上可能很重要，這類構造稱為痕跡構造。
例：
a. 紐西蘭的奇翼鳥→翼退化。
b. 蛇的四肢退化→僅蟒蛇仍有後肢殘留痕跡。
c. 現存鯨類均沒有後鰭→但具有退化的骨盆和後腿骨。
(2) 突變造成器官退化→與用途遐想無關。
(3) 人類的痕跡構造：例：動耳肌、智齒。
胚胎學的證據
演化來源相同的生物，胚胎發育過程的前期相似，顯示其有共同的祖先。
愈到胚胎發育的後期，親緣關係愈遠的物種，彼此間的差異性就愈大。
重演說：德國科學家海格於 1866 年提出，他認為胚胎發育過程是物種演化的縮影，胚胎發生史重演種族的發生史。如哺乳動物的胚胎發育，出現的先後依序為：脊索動物門的特徵→魚類、爬蟲類的特徵→哺乳類的共同特徵→各物種獨特的性狀。因為與實際胚胎發育情況不同，此理論目前並不被學術界所接受。
生物地理學的證據
生物地理學主要研究生物在地球上分布的範圍與原因，可藉此推論部分生物演化的過程。
生物由物種的起源中心（種源中心）向外逐漸擴散，再因地質的變動或環境的壓力，而逐漸演化出不同的物種。
愈靠近種源中心的差異愈小，離會遠則差異愈大。
某些大陸上有相同的化石，表示這些大陸早期是相連成一塊大陸地，後來陸塊分離而分散各地。
澳洲最早與其他大陸分離，當時的哺乳類以有袋類為主，後來的大陸塊演化出胎盤動物，逐漸取代了有袋類，而澳洲因早與大陸塊分離，有袋類得以倖存至今。
生物化學的證據
親緣關係愈接近，則 DNA、RNA 及蛋白質的序列愈相似。
由不同物種的同一基因所表現出來的蛋白質，分析其胺基酸序列，如果序列愈接近，表示彼此間的親緣關係愈密切。
目前由於 DNA 定序技術發達（分析特定 DNA 片段的鹼基序列），大多直接用 DNA 的核苷酸序列比對來推論物種間的親緣關係。
範例 1
有甲、乙、丙、丁四種蜥蜴，其某功能基因之部分 DNA 序列如右圖。如果這段 DNA 序列的相似度，可以反映這些蜥蜴間的親緣關係，則和蜥蜴乙親緣關係最接近的種類是哪一項？
蜥蜴 | 某功能基因之部分 DNA 序列 |
甲 | ATGGGTGTTATTTCTTCCGGATGTAAATATT |
乙 | ATGGGTGTTATTTCTTCCGGATGTAAATATT |
丙 | ATGGGTGTCATTTCTTCTGGATCAAAGTATT |
丁 | ATGGGTGTTATCTCTTCCGGATCAATGTATT |
(A) 斷蜥甲
(B) 斷蜥丙
(C) 斷蜥丁
(D) 斷蜥甲和丙
解答：1. A
由 DNA 序列的排序方式和鹼基數目來判斷，蜥蜴乙和蜥蜴甲的親緣關係最接近。
範例 2
下列有關親緣關係重建的敘述，哪些正確？（應選 2 項）
(A) 指標化石做為定年工具，其生存地史時間愈長則愈精準
(B) 通常解剖構造比外觀及功能特性更容易保留祖先特徵
(C) 人和鯨的胚胎期出現腰裂，可說明兩者間的趨同現象
(D) 碳水化合物及脂質常用於推斷物種間的親緣關係
(E) 不同地史時代的水陸分布，可用於推測物種的演化過程
解答：2. BE
(A) 生存地史時間愈短則愈精準；(C) 趨異現象；(D) 用蛋白質比對親緣關係。
範例 3
在決定不同物種間或不同分類群間的親緣關係時，下列哪些項目可以加以利用？（應選 3 項）
(A) 蛋白質的胺基酸序列
(B) DNA 鹼基序列
(C) 化石
(D) 同源結構（homologous structures）
(E) 同功結構（analogous structures）
解答：3. ABD
從化石和同功結構無法判斷不同物種間的親緣關係。
莫斯利提醒
判斷生物演化與親緣關係時，應掌握不同證據的特點：化石可提供古代生物與年代的線索，同源構造可反映生物間的演化關係，而 DNA、RNA 及蛋白質序列則可用來比較親緣遠近。面對範例題時，務必區分同源構造與同功構造，並理解不同證據各自能提供的資訊。
莫斯利自然科學｜掌握核心觀念，建立完整的自然科學學習架構。