🦕
自然科 · 第三章
生物的演化與分類
3-1 化石與演化
🪨 化石的定義與分類
🐟 活化石生物
🔬 從化石得到的資訊
📈 演化的趨勢
1
主題一：什麼是化石？
定義
化石是古生物經過漫長時間留下的遺骸或其活動所留下的遺跡。
▼ 化石的分類
① 遺骸化石
生物本身的骨骼、外殼等
較堅硬部位留在岩層中
例：恐龍骨骼、三葉蟲外殼
例：長毛象（極地保存）
例：昆蟲（琥珀中保存）
較堅硬部位留在岩層中
例：恐龍骨骼、三葉蟲外殼
例：長毛象（極地保存）
例：昆蟲（琥珀中保存）
VS
② 遺跡化石
生物活動所留下的痕跡
包括：
腳印（腳印化石）
爬痕（爬行痕跡）
糞便（糞化石）
包括：
腳印（腳印化石）
爬痕（爬行痕跡）
糞便（糞化石）
老師補充：為什麼有堅硬構造的生物比較容易形成化石？
因為堅硬部位（骨骼、外殼）不容易腐爛，能在地層中保存更長時間。植物的細胞壁（纖維素）比動物細胞更硬，因此植物細胞也比動物細胞更容易形成化石。
因為堅硬部位（骨骼、外殼）不容易腐爛，能在地層中保存更長時間。植物的細胞壁（纖維素）比動物細胞更硬，因此植物細胞也比動物細胞更容易形成化石。
2
活化石（Living Fossils）
定義
活化石是指現存生物的身體構造和外貌與遠古時代的祖先相似，且由其祖先所演化出的其他物種多已滅絕的生物。
容易混淆！活化石是「現生種」，不是因為個體壽命很長或能從遠古存活到現代，而是因為現生個體和遠古祖先外型非常相似，才被稱為活化石。
原因① 生存環境變化不大
生活環境長期穩定，生物不需要大幅改變身體構造來適應環境，演化速率極慢。
原因② 此類生物適應力很強
本身具有強大的環境適應能力，即使環境出現小變化也能存活，不需改變構造。
🐟 腔棘魚（Coelacanth）
- 1938年在印度洋首次被捕獲，長約2公尺
- 總鰭魚類原本被認為6億5百萬年前已滅絕
- 鰭為肉質鰭，與兩生類四肢構造相似
- 生活在水深超過100公尺的海底洞穴（環境穩定）
- 是魚類與兩生類之間的「過渡化石」
🌿 銀杏（Ginkgo）
- 1億多年前侏羅紀時期就已存在
- 屬於裸子植物，可長到25～40公尺
- 葉片為扇形闊葉，秋天變金黃色
- 種子稱為白果，可食用
- 適應力強，用種子繁殖需20～30年才結果
- 故別名「公孫樹」（祖父種樹，孫子收穫）
3
主題二：從化石得到的資訊
演化的定義
演化是生物代代累積而逐漸改變的過程。化石是推測演化最直接的證據。
📚 地層與化石年代的關係
🌱 最上層（新）
距今較近
地層 B
↑ 愈上愈新
地層 C
↓ 愈下愈舊
地層 D
距今較遠
🦕 最下層（舊）
最古老的年代
關鍵規則：
- 越上層的岩層，化石代表的生物生存年代越近
- 越下層的岩層，化石代表的生物生存年代越古老
- 由岩層年代→推估化石物種生存年代
- 由化石物種→推估岩層形成時間
老師補充：
形成化石需要漫長歲月，過程中可能遭遇地震、洪水或火山爆發的破壞，因此化石的發現及保存對研究生物演化極為重要。
形成化石需要漫長歲月，過程中可能遭遇地震、洪水或火山爆發的破壞，因此化石的發現及保存對研究生物演化極為重要。
🔍 古生物化石可以提供的資訊
| 資訊類別 | 說明 | 舉例 |
|---|---|---|
| ① 生物出現、消失及演變 | 由岩層年代推估生存時間；由化石推估岩層形成時間 | 三葉蟲的出現與滅絕時期 |
| ② 協助演化過程研究 | 在不同年代地層中挖掘同類化石，比較演化歷程 | 馬的演化過程（體型、趾數、環境、牙齒） |
| ③ 生物外貌及構造 | 重建古生物的外型與身體構造 | 三葉蟲的外型、恐龍的骨骼 |
| ④ 環境變遷相關資訊 | 由化石種類推測當時的環境 | 野柳陸地發現海膽化石→該地古代曾是海洋 |
🐴 馬的演化過程（以北美洲不同年代地層的化石為例）
四趾
吃嫩葉
森林
吃嫩葉
森林
約5000萬年前
始祖馬
（小型）
（小型）
三趾
吃嫩葉
森林
吃嫩葉
森林
約3000萬年前
中型
三趾
吃青草
草原
吃青草
草原
約2000萬年前
大型化
單趾
吃青草
草原
吃青草
草原
約1000萬年前
近代馬型
單趾
吃青草
草原
吃青草
草原
約200萬年前
現代馬
馬的演化四大趨勢：
①體型由小變大 ②前肢腳趾：四趾→三趾→單趾 ③環境：森林→草原 ④牙齒：適合吃嫩葉→適合磨碎青草
4
地球生物演化的大致趨勢
生命形式
⬇️
簡單
→
複雜
從無到有，由簡入繁
個體構造
🦠
單細胞生物
→
多細胞生物
細胞分化程度提高
環境適應
🌊
水生生物
→
陸生生物
從海洋逐漸登上陸地
📌 老師的話：從腳印化石能推論什麼？
- 由走路方式推論行走姿態（四足行走 vs. 兩足行走）
- 由腳印間距推估生物體長和移動速度
- 由腳印深淺推估生物體型大小（越深表示體重越重）
- 若同種的不同個體間腳印平行，表示該物種會成群移動
- ⚠️ 皮膚顏色在化石過程中通常大幅改變，難以從化石推知
- ⚠️ 演化過程中，體型不一定愈來愈大（例：化石蜻蜓翅展可達70公分，約現今的6倍大）
✏️ 隨堂練習（改編題目）
1
科學家在某地的岩層中發現了一種古代魚類的化石。根據化石的組成推測，下列哪一項最可能是該化石的主要成分？
答案：(C)
具有堅硬構造（骨骼、外殼等）的生物體比軟組織更不容易腐爛，因此更容易在岩層中長期保存形成化石。細胞質、細胞膜等柔軟結構極難保存。
具有堅硬構造（骨骼、外殼等）的生物體比軟組織更不容易腐爛，因此更容易在岩層中長期保存形成化石。細胞質、細胞膜等柔軟結構極難保存。
2
考古學家在同一岩層中發現了始祖鳥與某種翼龍的化石，由此可以合理推斷哪一項？
答案：(D)
同一地層代表生存年代相近。不能從化石推論血緣關係近、不能確定牠們都會飛、也無法直接判定演化的直接關係。
同一地層代表生存年代相近。不能從化石推論血緣關係近、不能確定牠們都會飛、也無法直接判定演化的直接關係。
3
科學家在台灣某座山頂上發現了大量貝類動物的化石。這最有可能說明什麼？
答案：(B)
化石可以提供環境變遷的資訊。在陸地發現大量海洋生物化石，表示該地古代可能曾是海洋，後來因地層變動（板塊運動）而隆起成為陸地。
化石可以提供環境變遷的資訊。在陸地發現大量海洋生物化石，表示該地古代可能曾是海洋，後來因地層變動（板塊運動）而隆起成為陸地。
4
下列關於演化的敘述，何者錯誤？
答案：(C)
生物在演化過程中，體型不一定愈來愈大。例如：化石蜻蜓的翅膀展開可達70公分，約為現生蜻蜓的6倍大，可見現代蜻蜓反而比祖先小。
生物在演化過程中，體型不一定愈來愈大。例如：化石蜻蜓的翅膀展開可達70公分，約為現生蜻蜓的6倍大，可見現代蜻蜓反而比祖先小。
5
有關「活化石」的敘述，下列何者正確？
答案：(C)
活化石的定義：現存生物外貌與遠古祖先相似，且由其祖先演化出的其他物種多已滅絕。腔棘魚正是活化石（深海環境穩定是原因之一）。活化石演化速率很慢，不是「一樣快」。
活化石的定義：現存生物外貌與遠古祖先相似，且由其祖先演化出的其他物種多已滅絕。腔棘魚正是活化石（深海環境穩定是原因之一）。活化石演化速率很慢，不是「一樣快」。
6
在野外發現一組腳印化石，這些腳印呈現平行排列。由此最可能推測這種生物具有哪種行為？
答案：(B)
若同種的不同個體間，腳印呈現平行排列，表示這些個體是一起移動的，即代表該物種會成群移動。
若同種的不同個體間，腳印呈現平行排列，表示這些個體是一起移動的，即代表該物種會成群移動。
📋 本節重點總整理
| 概念 | 重點內容 |
|---|---|
| 化石定義 | 古生物的遺骸或活動遺跡 |
| 化石分類 | 遺骸化石（骨骼、外殼）vs. 遺跡化石（腳印、糞便） |
| 琥珀化石 | 透明黃色樹脂化石，常見昆蟲、植物碎片 |
| 龍骨 | 古代哺乳動物骨骼化石，主要成分為碳酸鈣和磷酸鈣 |
| 活化石定義 | 外貌似遠古祖先，同類物種多已滅絕的現存生物 |
| 活化石成因 | ①生存環境變化不大 ②本身適應力很強 |
| 活化石舉例 | 腔棘魚（魚類↔兩生類過渡）、銀杏（公孫樹）、鱟 |
| 演化定義 | 生物代代累積而逐漸改變的過程 |
| 化石是演化的 | 最直接的證據 |
| 地層越下方 | 化石年代越古老 |
| 演化大趨勢 | 簡單→複雜；單細胞→多細胞；水生→陸生 |
