今天還是晴天: 99上高三生物

2013年8月31日星期六

某版選修生物生命起源內容疑惑

我對這個講法好疑惑，不止是因為沒碰過，也覺得不太合理。

第一個不覺得合理的地方是，若說因為光合作用出現在不同分支中，考慮到在不同分支中同時演化出光合作用的機率很低，所以光合作用應該是祖徵。那麼每個分支都有光合作用的消失，好像機率也不是那麼高。如果現在的異營來自光合自營失去光合作用，那麼在各分支的異營原核生物都應該有不同的光合作用系統的殘跡？

第二個不覺得合理的地方是，原核生物的代謝作用這麼的多樣，要所有的異營原核生物都死光光，這是可能的嗎？

看到的時候立馬聯絡相關在大學負責教授普生演化的老師，討論這段文字。
當下討論出的疑問有
1.原核生物本身並不是單系群
2.原核生物的光合作用演化是多次獨立演化的結果，有很多不同類型，例如氧的有無、胞內結構也不同等。
3.異營原核生物的代謝路徑非常多樣

當然也聯絡出版社，希望得到更多的參考資料。
可惜多次聯絡所得到的資料都是年代久遠（campbell 6^th 中文版），而且也無法支持課文內容。

中文版裡說「光合作用只起源一次且發生於現今所具有光合作用能力的原核生物類群的共同始祖上，而與這些光合生物關係密切的異營性原核生物類群則可能是在演化歷程中喪失期光合作用的能力」

這一段話是合理的推測

但是「縱使第一個生命是異營的，並演化出自營生物來，但今日我們所看到的多樣性異營生物則是演化自光合性始祖的次級後裔」

這一段話則需要假設現在的異營性生物飾演化自現今原核生物的共同祖先才成立。而且還要確定現今的原核生物是單一起源。

第二頁中說的藍菌化石年代早於氧氣累積年代只說明早期光合作用不產生氧氣，也不能說明早於異營。

又，出版社提供的資料中，英文部份並沒有支持中文版的內容。

我跟幾位老師討論後的有些疑惑
1.就光合作用的基因來說，的確是單一起源，可是就個體起源來看，光合作用似乎是多起源？
2.原核生物有很多的基因水平轉移，而真核生物的光合作用是來自於內共生。在課文所說的異營原核後裔有包括真核生物的始祖嗎？
3.就我所知原核生物並非單系群，較接近真核生物的是古細菌，古細菌裡應該有非光合自營的種類，這些非光合自營的古細菌也是從光合自營共祖經過喪失光合作用基因而來的嗎？

後來出版社聯絡上了周成功老師，老師的回覆是

「原始生物演化的過程並沒有直接的証據，大半都是依憑現有生化的知識，重新建構出來的。由於原核細胞彼此之間遺傳物質橫向交換非常頻繁，DNA序列的此對並不能正確推論它們之間的演化關係。老師的懷疑是合理的，而教科書僅僅提供一個合理的推測。光合作用是原始生命形式能否持續的一個必要條件(海底熱泉附近的生物例外)，因此以光合作用生物為食物的異營生物應該是後來演化出來的。有關光合作用的演化過程可以參考貓頭鷹出版社最近的一本書：生命的躍升。作著Nick Lane是這方面的權威。」

所以又立馬上網買了生命的躍升，一看之下真是超愛的，學到好多東西啊。尤其是討論光系統演化的段落，好好看啊。

但是，我把相關的段落一看再看，並沒有看到支持課文中的敘述。
而且就因為原核細胞彼此之間遺傳物質橫向交換非常頻繁，要如何這麼確定的說現代異營原核生物是光合自營類群喪失光合作用呢？

也就是基因本身可能是單一起源，但會有水平轉移，所以可能造成不同類群中的細菌都獲得光合作用的基因。

想了很久，有一個很想問的問題是，課文講的是在哪個時間點的事情呢？所謂的光合作用演化是不是指的是在光系統的階段而已？所謂的原核生物是不是在真細菌古細菌的演化之前？

我覺得啊，這段課文是很棒的，是能讓學生思考很多的，值得再多寫一點，寫得更完整，好讓學生能更清楚這段文字要教授的演化情境。濃縮的文字有時會造成大的誤解與困惑，這樣的誤解與困惑，若和此段文字的教學目標重要性相比，也許有點令人遺憾呢。