Regular Posts Tagged ‘systematics’
31st Mar 2010Posted in: 0

如果有人問當今有那一種動物是最廣為人類所熟悉,又最能吸引人的興趣的話,我相信你一定不會反對答案是恐龍。由電影「侏羅紀公園」到「迷失世界」,及至電腦動畫「恐龍世紀」,「恐龍」這名字都出盡了風頭。「侏羅紀公園」一片中,恐龍是血腥暴戾的食肉獸;而在「恐龍世紀」中,恐龍則是有感情、有勇氣的,但是,到底真實的恐龍,又是怎樣怎樣的呢? 恐龍生存於中生代(Mesozoic Era),中生代又分為三疊紀(Triassic Period)、侏羅紀(Jurassic Period)和白堊紀(Cretaceous Period)。這段時期,爬蟲類極其繁盛,無論在空中(翼龍等)、陸上(恐龍、鱷魚、龜等)抑或海洋(魚龍、蛇頸龍等)都是爬蟲類的天下;而恐龍則最先出現在約二億二千五百萬年前的三疊紀後期,繁盛於侏羅紀和白堊紀,直至六千五百萬年前的白堊紀末絕種。 恐龍類(Dinosauria)可分為龍盤目(Saurischians)和鳥盤目(Ornithischians)兩個目(order)。從身體結構上看,龍盤目和鳥盤目最大的分別在於龍盤目的恥骨向前,而鳥盤目的恥骨向後(不妨留意一下恐龍骨骼的相片或模型,十分容易分辨的)。龍盤目又再分為龍腳型亞目(Sauropodomorpha)和獸腳亞目(Theropoda),屬於龍腳型亞目的恐龍都是素食的,而獸腳亞目的則是肉食恐龍。至於鳥盤目的恐龍,就全屬於素食的。 肉食恐龍由於需要嚼食肉類,顎骨會特別大和有力,而且牙齒又長又尖;而草食恐龍的顎骨則相對較小,而且口內長滿臼齒,幫助磨碎植物。另外,草食恐龍亦會吞下石塊,利用石塊在胃裡磨擦幫助消化。 在恐龍生存了的一億六千萬年當中,恐龍演化出很多很多不同的品種,由龐然大物如阿根廷龍(身長三十五至四十五米,估計有八十至一百公噸重)、地震龍(身長可達40公尺,重約50公噸)、梁龍等,到小如雞隻的細顎龍(在「迷失世界」片頭中咬傷女孩的小恐龍),由擁有最長頸部的馬門溪龍到擁有最大頭部的三角龍,與及背部有堅硬無比的盔甲的裝甲亞目(Thyreophora)恐龍(如稜背龍、劍龍、敏迷龍等)和頭骨有如一個大飾物的頭飾亞目(Marginocephalia)恐龍(如三角龍、厚頭龍、鸚鵡龍等)等等,恐龍種類之繁多實在不勝枚舉,因此筆者亦不打算在此一一介紹。    不過,有些有趣的發現卻是值得一提的。例如現在不少古生物學家都認為有一部份的恐龍是屬於恆溫動物,於是,過去給人印象如顏色深沉的蜥蝪一般的恐龍,終於可以換上了七彩繽紛的新裝,從此恐龍的插圖變得鮮艷奪目。不過,到底恐龍是恆溫動物抑或變溫動物,現在始終未有一個肯定的答案。 此外,較為重要的發現是原來鳥類(Aves)是恐龍的後代。由於有不少的證據支持,現在大部份的古生物學家都同意鳥類是由恐龍演化而來的。最早的「鳥類」可以說是始祖鳥,第一塊始祖鳥的化石在1861在德國被發現時,被誤以為是另一種類的恐龍,但後來經過驗證,發現化石上有羽毛的痕跡,這是一般恐龍所沒有的。說到這裡,也許你會認為鳥類是由鳥盤目恐龍演化而來的,但實際上則不然,鳥類其實乃由龍盤目的小型獸腳亞目恐龍演化而成。 最後,就讓我們談談恐龍的滅絕。白堊紀末期,地球發生了一次激烈的災難性事件(稱為K-T Extinction),令到地球上60%的物種和所有的恐龍都滅絕了。對於K-T Extinction,不少人都嘗試作出解釋,其中只有兩個比較多人接受,其一是受到外太空隕石的撞擊,其二是因為地球本身的地殼變動和火山活動而引起,但事實上兩個理論都仍有其不能使人滿足的地方。一般而言,天文學家和物理學家傾向支持前者,古生物學家多傾向支持後者,而地理學家就平分於兩方。

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31st Mar 2010Posted in: 0

我們來作一個小測試,首先準備一張紙和一枝筆,現在憑你的記憶在紙上寫上所有你認識的生物名稱。好,現在看看你總共寫到了多少個?如果你寫出了一百個,很好,那算是不錯的成績了;如果你寫出了二百個,那你可必定對生物很有了解了! 那麼,你可有想過,在這地球上總共有多少種不同的生物品種(物種,species)呢?一萬個?十萬個?太難想像了?事實上,現在地球上有一百七十萬個已知的物種,其中包括我們所熟識的動、植物,以及不少我們鮮有聽聞的生物。假如我們要編製一套百科全書,把所有物種的名字都收錄進去,這將會是一套七大本的珍藏。可是不要忘記,這一百七十萬,只是我們所知的數目,世界各地的科學家每天都發現新的未知的物種,所以現有的物種數目實際上必定遠遠超過一百七十萬。現在讓我們嘗試站高一點看看整個地球的歷史,地球至今已經四十六億歲了,而最早的生命,出現在三十五億年前。三十五億年來,有新的物種誕生.也有舊的物種因為種種原因不能適應環境而被淘汰,滅絕了。如是者,這三十五億年來,總共有多少個物種曾經在地球上出現過呢?有科學家估計,這個數字可能達到四萬億(4,000,000,000,000),生物種類的多樣化實在令人驚嘆! 系統分類學簡史 生物種類如此之多,我們要研究牠們的特徵以及其之間的異同、牠們之間的關係、牠們與周圍環境的關係等等,就必須建立一套良好的分類系統,把各種生物整齊地分門別類。而踏出第一步的,是公元前三百五十年的希臘著名學者亞里士多德(Aristotle)。他在其著作中詳細描述了五百六十種不同動物的特徵、解剖結構和生理機能,並以外表特徵來把不同的動物分類。他提出以腳的數目來分類,於是把人類和鳥類納入同一類別;他又指出胎生和卵生的動物是屬於不同的類別,所以海豚應該與人類而非魚類是屬於同種的。雖然亞里士多德並未有建構出一個完整的物種分類樹,但他是第一個人以清楚明確的準則來界定分辨不同的物種,對後來的分類學啟發甚大,加上他在解剖學、胚胎學及生理學上的貢獻,故被後人稱為動物學之父。 亞里士多德一生花了很長的時間研究不同的動物,而他的學生泰奧弗拉斯托斯(Theophrastus)則專注在植物學上。泰奧弗拉斯托斯在公元前三二二年從亞里士多德手上接手了「遊方學校」,即致力在學校中教授植物學,並出版了兩本植物學的著作。他的著作描述了五百種不同的植物,詳盡記錄了它們的外貌特徵、結構、藥用價值、等等,亦討論了如植物的有性繁殖等問題。他更提出以一連串描述式的形容詞來命名植物,所以只憑一個名字,除知道所指的植物外,更可以得知該植物的特徵。泰奧弗拉斯托斯在植物學上的研究影響了他以後足足一千五百年的學者,被譽為植物學之父。 西方的科學在往後的一千五百年幾乎停滯不前,在這段期間,學者大多數的工作只是沿著古希臘的一套方法,把手上的資料作修正和擴充而已。直到十六世紀初,瑞士博物學家格斯納(Conrad Gesner)出版了數本關於動物學的著作,談論了他在不同地方所挖掘到的化石,以及描述了當時他所知的所有動物。一九六九年,丹麥地質學家史坦諾(Nicolaus Steno)在其著作《先驅》中,解釋了化石的來源和形成。這些理論對後來的古生物學影響深遠,亦使分類學家的研究對象和方法大大增加了。到一六七三年,荷蘭生物學家列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)利用自製的顯微鏡發現了細菌及原生動物(protozoa),人類對生物的認識,又跨前了一大步。 一七三五年,瑞典植物學家林奈(Carolus Linnaeus)為現代分類學建立了一個重要的里程碑。這一年,他出版了著作《自然生物分類》,提出了一套把生物整齊分類的系統。他提議把生物分類到一個個小的類別,稱為「種」,再把一個個「種」分類到更高的類別,稱為「屬」,「屬」又再納入更高的類別中,如此類推,由大至小就有了界(kingdom)、綱(class)、目(order)、屬(genus)、種(species)五個分級。林奈又提出二名法,以一種生物的「屬」和「種」作為其學名,例如番茄的二名法學名就是「Solanum lycopersicum」,其中Solanum是屬名,lycopersicum是種名。在二名法提出以前,生物學家一直沿用亞里士多德學派的描述式命名法。但隨著已知物種數目的增加,要識別不同的生物,所需要的描述詞語就不斷地增加,例如番茄的描述式學名是「Solanum caule inerme herbaceo, foliis pinnatis incisis, racemis simplicibus」,雖然生物學家可以從名字中得到不少資料,但使用起來十分不便。林奈放棄了舊方法的優點,來換取命名上的統一和使用上的簡易,結果是非常正面的。 林奈的分類系統提出後,經過了不同生物學家的修正,由原本的五個分級升至八個分級,即域(domain)、界、門(phylum)、綱、目、科(family)、屬、種。但由於已知物種數目的迅速增加,八個分級漸漸又變得不夠用,於是分類學家又插入「亞目」、「總科」等中介分級。雖然分類學家很多時未能在物種細緻的分類上達到共識,但普遍來說,林奈的分類系統對分類學家來說仍然是很有效的一套工具。 十九世紀後期,達爾文提出了進化論,說明所有生物其實都由一個共同祖先演化出來;二十世紀初,生物學家又發現了控制生物繁衍的遺傳基因,使一向以生物的形態和結構特徵對其進行分類的分類學家得到了新的啟示。既然生物都來自同一個祖先,而新物種的產生是由於一個物種的基因突變而分裂出來,那麼我們自然可以建構出一個生物的「種系發生史(phylogeny)」,並以演化樹的形式將之予以表達。此後,隨著遺傳學、分子生物學、古生物學等範疇的發展,分類學家漸漸得到越來越多的證據,證明不少形態和結構特徵相似的生物,原來是由不同的演化過程演化出來,在演化歷史上是毫不相干的;而外表上毫不相似的生物,卻原來又有著共同的祖先。所以,要建構一套有意義的生物分類,就必須以演化歷史為依歸,而以這個方法去把生物分類的學問,就是今天的系統分類學(systematics)了。 從兩界到三域 地球現存已知的物種有一百七十萬,而自第一個單細胞生物誕生以來,曾經出現過的物種數目更加驚人。系統分類學家根據生物的進化歷史,以域、界、門、綱、目、科、屬、種八個分級,把牠們分類到不同的類別。左面的圖表就列出了人類的完整分類。在生物中,只有是屬於同一「種」的生物,其交配所生之後代才擁有繁殖能力;同一「屬」中不同「種」的生物,是由共同的祖先演化而成,所以關係非常密切,通常在形態和結構上都十分相似;而同一「科」中不同「屬」的生物,則是由較遠的共同祖先演化而成,如此類推。 林奈最初提出他的分類系統時,只有界、綱、目、屬、種五個分級;在最高的層次上,他把所有生物分為動物和植物兩個界。對於當時的生物學家來說,這個分類似乎明顯不過:動物能夠依靠自身的能力移動,而植物則不可以。林奈並沒有太理會到列文虎克所發現的細菌和原生動物,只強把牠們分類到這兩個界中;而真菌亦被草草歸入植物界。 後來越來越多的證據顯示細菌和原生動物與真正的動物和植物有很多不同之處,而對真菌細胞結構的認識亦漸漸使生物學家對舊有的系統感到質疑。到一九六九年,韋特克(Robert H. Whittaker)提出了五界論,把生物分為動物界(Animalia)、植物界(Plantae)、真菌界(Fungi)、原生生物界(Protoctista)和原核生物界(Monera)。五界的分類不再堅持人類把生物分為動、植物兩類的主觀直覺,而以事實和證據為依歸,是分類學上另一個里程碑。 隨著科學技術的發展,生物學家再次意識到五界論亦有其不足之處。七十年代,微生物學家伍斯(Carl Woese)發現五界中的原核生物界其實包括了兩種在基因序列上很不同的生物,即古菌(Archaebacteria)和真細菌(Eubacteria)。隨後,他更發現古菌、真細菌和其餘的生物之間有非常大的分別,而提出了三域──即古菌域(Archaea)、真細菌域(Bacteria)和真核生物域(Eukarya),其中真核生物域包括了動物界、植物界、真菌界和原生生物界。但新的證據又不斷顯示出我們所認識的動物界、植物界、真菌界和原生生物界原來是由很多不同的生物所組成,所以,經過不斷的仔細分類,真核生物域中界的數目上升到二十多個。 參考資料: The Variety of Life, A survey and a celebration of all the creatures that have ever lived, Colin Tudge, Oxford University Press (2000) […]

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21st Mar 2010Posted in: 0

科學一直是我最大的興趣,這裡有我曾在不同會刊中刊登過的一些文章。由於寫作時自己亦在學習進修中(畢竟只是個中學生^-^”),故所談及的資料只作參考作用,未必準確無誤。 科學網 系統分類學──窺探千奇百怪的生物世界 喇沙書院天文學會會刊 流星雨小簡介 宇宙學  喇沙書院科學學會會刊 恐龍世紀  觀天會會刊 大爆炸理論 大爆炸理論(二)  PowerPoints Physics was the one subject which I was addicted to when I was young – even until now I’d say it’s really amazing to learn about how the world works, although I realize better that it is really hard now. Reports Expansion of the […]

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