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進化本文重定向自 演化論

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達爾文雀(Darwin's finches)喺加拉帕戈斯群島唔同島進化出唔同形狀嘅,適應唔同島嘅環境。
唔同品種嘅嘅䚗形狀都唔同,而呢種差異源於佢哋需要適應喺唔同環境嗰度生存。
一條 DNA 嘅抽象圖解;遺傳基因係建構一隻生物嘅基礎,亦係進化嘅基本單位。

進化粵拼zeon3 faa3英文evolution動詞to evolve),粵文又有叫演化或者天演,喺生物學上係指一個族群生物可遺傳特徵一代一代噉演變嘅過程,而進化嘅操作定義(喺實際科研度用嘅定義)係「一個族群內部各基因嘅出現頻率隨住時間而改變嘅過程」[1][2]

進化論基於遺傳學(genetics):所有物種(包括)都有 DNA,呢啲 DNA 係由基因(gene)組成,而多數物種都或多或少有個體差異(individual difference)-就算係同種嘅生物,隻隻身上帶嘅基因都同同類個體身上嘅有啲唔同,而呢點引致每個個體喺特徵上都有啲唔同;根據物競天擇(natural selection),因為個體差異,一個族群嘅個體當中可能有啲比較擅長生存同繁殖(reproduce),生存同繁殖能力勁嘅個體會更加大機會能夠將自己嘅基因傳俾下一代[註 1],所以一個族群嘅基因代代都會有些少唔同咗樣;除咗噉,繁殖嘅細胞分裂等嘅過程之中仲會有突變等嘅現象。因為呢啲緣故,經過幾百萬年嘅時間,一個族群變變吓就會變到同之前完全唔同咗樣,而呢群新嘅生物嘅 DNA 帶嘅基因同之前嘅好唔同,差異可能大到算係一個新嘅物種[3][4]

進化同生物多樣性(biodiversity)好有拏褦,新物種出現主要係靠進化引起嘅:例如有個族群,佢哋因為氣候變化等嘅原因搞到佢哋原本住嘅地方唔再啱佢哋住,於是佢哋就遷徙去第啲地方,可能喺過程入面分開咗做兩組,一組遷徙去地方 A,另一組遷徙去地方 B,而呢兩個地方嘅環境好唔同,一個凍啲一個熱啲,但兩個都啱嗰種生物住;長遠嚟講,喺凍地區住嗰組會進化出有利喺寒冷環境生存嘅特徵(例如係皮下脂肪變厚),而喺熱地區住嗰組會進化出有利喺炎熱環境生存嘅特徵(例如係皮下脂肪變薄)。十萬年後,兩組變到好唔同[註 2]-變咗做兩個唔同嘅物種,不過佢哋仲有個共同祖先(common ancestor)[5][6]地球上面次次有親啲族群內部分開搬去唔同環境嗰度住嗰陣,個族群嘅各組就會慢慢噉適應各自嘅新環境而變樣-令地球有豐富嘅生物多樣性[7]

對進化嘅研究好有用:喺實際應用方面,科學上對進化嘅了解經已俾人應用喺農業醫學等嘅領域嗰度,例如了解細菌嘅進化對於醫藥研究者整抗生素(antibiotics)嚟講好緊要[8];而且進化嘅相關概念仲喺人工智能(AI)上有用,例如進化演算法(evolutionary algorithm)就運用咗物競天擇嘅原理做機械學習,用「一代一代淘汰表現差嘅模型」嘅方法得出表現優良嘅模型[9][10]

詞源

達爾文嘅相,1860 年左右影嘅;佢嘅物競天擇理論改革咗成個科學界。

英文名

英文入面嘅「evolution」一詞係嚟自拉丁文嘅「evolvere」,後者嘅意思本嚟係「將一個卷埋咗嘅嘢打開」,而家吓生物學上用呢個詞係指「喺地球歷史上,唔同類嘅生物點樣由早期嘅形式發展出嚟」嘅一種自然現象。呢個詞喺廿一世紀初嘅英文入面亦有歧義嘅問題:喺日常英文用語裏面,「evolution」呢個詞有時俾人用嚟指「發展」或者「進步」等嘅意思,又或者係喺某啲大眾媒體嗰度指一啲「有啲似生物學上嘅進化,但係又唔係生物學上嘅進化嘅嘢」。因為噉,家陣啲生物學家喺做親乜嘢有關進化嘅學術討論嗰陣,好多時都會清楚噉講到明佢哋傾緊嘅係生物進化biological evolution)-指一個族群嘅生物隨住世代而出現遺傳上嘅改變嘅一種自然現象[11]

對進化論嘅發展貢獻重大嘅查理斯·達爾文(Charles Darwin)都有用「evolve」呢個字:達爾文喺佢本名著《物種起源》(On the Origin of Species)嘅第一版(1859 年)係用「evolved」呢個字結尾嘅;而雖然達爾文打後又有用「經過改變嘅繼承」(descent with modification)、「改變過程」(process of modification)同埋「物種改變嘅原理」(doctrine of the modification of species)等嘅字眼嚟形容生物進化嘅概念,不過到咗《物種起源》最後嘅第六版(1876 年),達爾文用咗「evolution」呢個字好多次,仲直接嗌佢個理論做「theory of evolution」(進化論),奠定咗「evolution」呢個字嘅使用[12][13]

粵文名

喺各種漢文(包括粵文)當中嘅「進化」同相關詞彙被指係由日本和製漢字嗰度借過嚟、跟手由大中華地區嘅學者普及嘅。《物種起源》嘅第一本中文版由馬君武翻譯,同早期少少嘅日文版一樣用而家用緊嘅「進化」一詞,有人話係支持咗呢個講法;而喺廿一世紀初,臺灣以外嘅大中華地區普遍都係用緊「進化」呢兩個漢字嚟表示「evolution」-喺廣東話入面,呢兩個字係讀做「粵拼zeon3 faa3」嘅[14]。而「天演」(粵拼tin1 jin2)呢個少人用啲嘅詞就係由嚴復譯嗰本《天演論》嗰度走出嚟嘅[15]

基本概念

呢兩仔爺對耳仔一個板。
內文:遺傳學

遺傳

內文:遺傳

廿一世紀進化論最基本嘅概念係遺傳(heredity),即係父母將自己嘅特徵傳俾仔女嘅過程。由日常生活嘅觀察可以得知以下嘅事實[16][17]

  • 人與人之間喺各種特徵-包括頭髮眼珠色水以至身高體能等-上有差異[18]
  • 人喺特徵傾向會似自己嘅父母(遺傳),但又好少可會同父母完全一個板[19][20]
  • 有一啲特徵-例如係疤痕噉-係無論如何都唔能夠由父母直接傳俾仔女嘅;
  • 上述嘅現象喺第啲動物以至植物身上都可以觀察得到。

由呢啲簡單嘅觀察嗰度,可以作出以下嘅假說:是但搵任何一隻生物,佢會由父母身上繼承一啲嘢(呢啲嘢就係所謂嘅基因型;genotype),呢啲嘢會對佢最後嘅整體特徵(表現型;phenotype)有深遠嘅影響,但後天得到嘅特徵(例如疤痕)似乎多數都唔會影響返基因型轉頭,所以唔會直接由父母傳俾仔女。上述嘅假說喺廿世紀初引起咗學界一個疑問:特徵係點樣由父母傳去仔女嗰度嘅呢?對於呢個問題,生物學界喺 1940 至 1950 年代做嘅研究表明,DNA 正正就係喺遺傳過程發生嘅媒介,而呢個重大發現定立咗現代遺傳學(genetics)嘅基礎[21][22]

基因組

將一條 DNA 解開嘅抽象圖解;地球嘅生物有由 C、G、A、T 四個唔同款嘅核苷酸配對組成嘅鹼基對
內文:基因組

構造

基因組最基本嘅單位係鹼基對(base pair,bp):一條 DNA 分子由一排排成雙成對嘅核苷酸(nucleotides;蛋白質嘅一種)組成,後者可以有四個唔同款- C、G、A、T -呢啲款嘅配對同排列會影響到隻生物體內蛋白質嘅產生等嘅生命過程,而呢啲生命過程會影響隻生物嘅特徵(例:肌肉就係由蛋白質組成嘅,所以影響身體嘅蛋白質產生就會影響隻動物嘅肌肉嘅粗幼);呢啲配對同排列喺隻隻生物入面都唔同,所以物種同物種之間同埋個體同個體之間會喺特徵上有差異[22]

基因組嘅分層結構如下[註 3]

  • 一條 DNA 分子上嘅每個基因(gene)都可以由若干對鹼基對組成:隻隻生物嘅基因組入面似乎都有一啲醶基對係冇用嘅,而且一個遺傳特徵可以係由好幾對醶基對一齊決定嘅,一個基因係指一條 DNA 分子入面某柞一齊做某個功能嘅鹼基對。
  • 如果有某段 DNA 喺唔同個體入面唔有幾個唔同款,呢啲唔同款就係彼此嘅等位基因(alleles)。
  • 喺一隻生物嘅細胞入面,佢一條條嘅 DNA 會聚埋一齊形成染色體(chromosomes)嘅結構[23][24]
  • 一隻生物體內所有嘅染色體加埋嘅總體就係佢嘅基因組(genome)[25]

舉個例說明,人嘅基因組由 23 對(46 條)染色體組成,呢 23 對染色體嘅 DNA 分子上面總共有成超過 30 億對嘅鹼基對;每一對鹼基對都可以係 CG、AT 等嘅唔同款,所以有好多個可能嘅組合;是但搵兩個人,佢哋身上嘅鹼基對有 99.5% 都係一樣嘅[26];之但係 30 億嘅 0.5% 都仲係一個好可觀嘅數字,所以人與人之間有唔細嘅個體同種族差異[27]。如果一條 DNA 上面有某一段入面嘅鹼基對會一齊做某個特定功能(例如係決定頭髮嘅色水),噉佢哋就為止「一個基因」。人類嘅頭髮色水可以有黑、紅、同埋棕幾款,而「黑頭髮嘅基因」同埋「金頭髮嘅基因」就係嗰段 DNA 嘅等位基因[28]

定義進化

基因組喺理論思考上可以攞嚟定義進化:隨住時間過去,一班生物嘅基因組會(因為物競天擇等嘅原因)一代一代慢慢噉變,而某啲等位基因可能會完全取代其他等位基因又或者消失-例如有某啲表現型特徵可能好幫到班生物生存同繁殖,令到同佢相關嘅等位基因喺幾代之後就完全支配嗮個物種嘅基因庫(gene pool;指個族群身上帶嘅所有基因),又或者因為個特徵太過唔啱生存(例如有個基因會搞到個個體不育)等嘅原因所以好快消失咗。亦即係話喺呢個過程入面,某啲基因喺個物種嘅基因庫入面出現嘅頻率會慢慢變化,而呢個就係進化嘅操作定義(喺實際搞科研嗰陣用嘅定義)[29]

數學性啲噉睇,進化嘅過程可以噉想像:喺是但一個時間點,是但搵個基因 嘅第 個複製品叫 傳到去下一代基因庫 嗰度嘅機會率會唔等同於另一個基因嘅一個複製品(),即係