地質學與比較解剖學


布封和拉馬克時期也見證了地質學對創世紀理論的衝擊,為物種起源的科學解釋鋪平了道路。詹姆斯·赫頓(1726-1797),歷史地質學的“鼻祖”,以及威廉·史密斯(1769-1539),地層學的創始人,是這一敘述的兩個關鍵貢獻者。

地質學先驅

布封和拉馬克時期也見證了地質學對創世紀理論的衝擊,為物種起源的科學解釋鋪平了道路。詹姆斯·赫頓(1726-1797),歷史地質學的“鼻祖”,以及威廉·史密斯(1769-1539),地層學的創始人,是這一敘述的兩個關鍵貢獻者。這兩位先驅成功地解讀了隱藏在地殼中的故事。幾層壓縮的沉積物形成了地殼。大部分沉積物中都包含一些化石。有時化石只在一個地層中發現。然而,同一組化石經常在許多相鄰的地層中被發現。

同樣,有些化石並非完全相同。雖然它們形成了一個關聯的系列,但它們確實顯示出差異。我們觀察到的地質沉積物背後的力量也影響著地球的形狀。它們不僅存在於地質時代,而且至今仍然存在。它們對地殼產生了持續的影響。這些力量究竟是什麼?主要因素包括:

  • 沉沒的陸地迅速隆起形成山脈

  • 陸地沉降到海底之下

  • 由於風對裸露土壤的影響導致陸地面積侵蝕

  • 河床淤積

  • 泥沙轉移並在海中沉積

上述地層均一論解釋的一個重要含義是地質時間尺度的概念,它可以跨越數百萬年,以解釋自然事件。我們對此感興趣,因為正如你可能預料的那樣,任何基於生物體漸進式、可遺傳變化的物種進化理論都需要漫長的時期。

居維葉男爵與比較解剖學

化石由海洋無脊椎動物以及陸地和水生動物的貝殼組成。脊椎動物化石的鑑定和解釋必須等到比較解剖學學科建立之後。請記住,布封之前已經關注到各種外觀和行為的動物之間潛在的結構共同點。

居維葉男爵(1769-1832)以其科學的精確性推動了比較解剖學的研究。基於對現存物種解剖結構的深入研究,他得出結論,動物界只有有限數量的身體設計。因此,他提出了四個主要類群:脊索動物、軟體動物、節肢動物和輻射動物。

他還認識到結構和功能之間的密切關係。他認為解剖學應該被“整體地”看待,也就是說,將動物作為一個整體,關於它對所居住的特定環境的適應性。例如,鳥類的飛行適應不僅需要將脊椎動物的前肢轉變為翅膀,還需要使主要骨骼多孔以減輕重量並充滿氣囊,從而使其能夠飛行。除非其他相關的部分也發生改變,否則任何部分都不能適應執行特定功能。

居維葉對現代物種比較解剖學的信仰和全面知識使他能夠解決支離破碎的化石遺骸之謎。發現整個動物的化石遺骸是不尋常的。通常必須根據一些零散的骨骼——甚至只是一塊骨骼——來想象整個動物的形象!這讓你想起了夏洛克·福爾摩斯的技法!

在評估含化石岩石的年齡的解剖特徵後,他注意到“不同物種出現順序的顯著變化”。他意識到,地質上較年輕的沖積層包含的動物形式與現代物種更相似,而不是反映更遙遠(地質)時期的地層。因此,岩石表明生物體的複雜性隨著時間的推移而逐漸增加。

那麼,我們對達爾文前關於生物形態起源及其可能聯絡的理論的簡要考察教會了我們什麼?一個連貫的科學解釋的各個部分逐漸開始就位。然而,還沒有一個人有遠見能夠將所有看似不同的資料——和理論——連線成一個連貫的理論。我們可以將它們總結如下:

  • 將地球的年齡考慮在數億年。

  • 物種既不是一成不變的,也不是永生的。應用比較解剖學的概念表明,動物世界主要類群中身體設計的統一性,無論是現存物種還是化石物種。同時,也看到了對基本主題的變化。地殼的地層包含化石遺骸,表明隨著時間的推移,形態的複雜性有所增加。

  • 一些人認為透過轉化產生物種多樣性的概念是一種明顯的可能性。

  • 拉馬克關於獲得性遺傳的假設是任何人所能提出的這種變化機制的最接近的解釋。

變異的表達

基因型是在有限的環境變數下特定表型的編碼遺傳資訊。換句話說,由於基因型-環境相互作用而出現的表型,由可能受自然選擇影響的有機體的結構或功能表示。讓我們來看一個鐮狀細胞貧血症的有益例子,這是一種遺傳疾病,其中等位基因由於自然選擇而在不同環境中表現不同。

血紅蛋白鏈的缺陷導致了鐮狀細胞貧血症。HbS,或異常血紅蛋白,與天然血紅蛋白 (HbA) 的一個氨基酸不同。當氨基末端三個鏈多肽的第六位穀氨酸被纈氨酸取代時,就會發生取代突變。異常mRNA具有GUA或GUG,而不是編碼正常鏈中谷氨酸的三聯體GAA或GAG。脫氧HbS以細長晶體的形式從溶液中析出。晶體的產生導致紅細胞的獨特畸變,使細胞呈現新月形或鐮刀形,因此得名鐮狀細胞貧血症。

結論

布封和拉馬克時期見證了地質學對創世紀學說的衝擊,為物種起源的科學解釋鋪平了道路。詹姆斯·赫頓和威廉·史密斯是這一敘述的兩個關鍵貢獻者。居維葉男爵以其科學的精確性推動了比較解剖學的研究。

居維葉提出了四種主要的身體設計型別,並認識到結構與功能之間的關係,這使他能夠解開支離破碎的化石遺骸之謎。達爾文前的理論表明生物形態的複雜性逐漸增加,但沒有人能夠將所有不同的資料整合到一個連貫的理論中。

更新於:2023年5月4日

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