根據進化論的概念,地球上所有的生物都是來由同一個「共同祖先」,經過漫長的進化過程(化石紀錄為 39.5 億年),才出現目前眾多的物種。
由於眾多物種都是來自「共同祖先」,這樣無論是身體特徵上、構造上、生化物質上,生物應該都有相似的特點。而且,親緣關係越親密(共同祖先越近期)的物種,牠們各方面的特徵也應該越相似。
以生物的有機分子作比較,辨認物種的親緣關係,稱為「比較生物化學」;而以物種的器官構造作比較,則稱為「比較解剖學」。兩者皆為進化研究提供證據和資訊。
地球上所有生物都擁有幾種主要的有機分子,其中包括碳水化合物、蛋白質、脂質和核酸。在生物體中,這幾種有機分子的結構和功能也很接近,是所有生物皆來自同一祖先的有力證據。
我們來看看這些有機分子的特點吧!
地球上的生物都利用蛋白質作為重要的協調工具,例如作為生化反應催化劑的酶。
蛋白質都是由氨基酸組合而成的,其中氨基酸的排列次序,就是有用的比較生物學資料。我們知道氨基酸的排列次序是儲存在細胞核中的 DNA 的。因為眾多因素(如輻射),DNA 進行複製時,氨基酸的排列次序有機會出現錯誤(即變異),而令製造出來的蛋白質有著不同的氨基酸排列。由於 DNA 是具遺傳性的物質,出現的變異會遺留在 DNA 上。
物種間的共同祖先越久遠,累積下來的變異就越多,產生蛋白質的氨基酸排列差異也越大。只要比較不同生物蛋白質的差異,就可以推算出牠們在進化路線上的「親疏」(親緣關係),進而推算出進化的路線圖或系統樹。
怎樣才能推算出物種的進化系統樹呢?假設我們知道有四個物種都擁有一種蛋白質(長約 500 個氨基酸)為例子,右圖是物種氨基酸序列差異的資料:
其中一種許多生物都擁有的蛋白質,就是細胞色素 C。它由 104 至 112 個氨基酸組成,是細胞進行呼吸作用時電子傳遞鏈不可或缺的一部份,在需氧呼吸的過程中擔當重要的角色。究竟人類的細胞色素 C 和其他生物的細胞色素 C 分別有多大呢?試選擇(點擊)不同的生物,看看他們的細胞色素跟人類的差異!
跟氨基酸序列差異的研究相似,科學家發現利用不同動物的血清,可以推算出物種的親緣關係。
在實驗中,科學家把人類的血蛋白注射到兔子的體內,兔子的免疫系統就會產生出對抗人血蛋白的抗體。把這些抗體加進不同生物的血清中,會出現甚麼呢?
解剖學提供了一些比較生物器官的資料,能顯示生物間的關係。
解剖學家發現一些生物的器官在結構上有許多共同點,例如所有脊椎動物(除了魚類)都擁有「五趾型」的四肢。不同的生物使用四肢,功能各不相同,例如飛行(如鳥、蝙蝠等)、游泳(如鯨、龜等)、挖掘(如穿山甲),但牠們的基本構造都是一致的。這個現象叫「同源器官」,正正顯示了生物的親緣關係。估計在過去,這些擁有同源器官的生物都來自共同祖先,後來經過進化而演化出不同的物種,以及功能各異的器官。