2015年2月4日 星期三

[高中與大學生物教學落差系列] 生物究竟可分為幾界啊?

取自Burki (2014)的The Eukaryotic Tree of Life from a Global Phylogenomic Perspective (link)
我經常在談國高中和大學教學上的落差,而且越談越痛苦,為什麼?因為我們要面對的絕對不只是學生學習意願的低落或知識程度的淺薄、各級老師教學輔導上的有氣無力,或是家長對學校教育成就完滿人生的無盡想像,最重要的是,誰來決定學生怎麼學?老師怎麼教?什麼樣的知識應該進入課本?而知識本身的品質好嗎?

是編課本還是審課本的委員決定的嗎?這些委員會教?還是會讀?或是會做研究?有沒有站在知識發展的浪潮上呢?

我們先來看一個陳年老問題好了:生物究竟可以分為幾界

我和洪鈴雅與邵廣昭老師曾經在2009年為Taibnet寫過一篇文章解釋生物「各界」的分類體系演變歷史。其實現在看來那個知識體系已經有些老舊,亟需要被更新。但是在國高中教的生物分界,與最新的生物分界觀點差異之前,有幾件事我得先說明清楚:
  1. 我們的教育很少告訴學生「現象是什麼」?「議題那裏來」?「如何探索與解讀」?「如何在面對發展迅速龐雜的知識前培養比較、整合與判斷力」?大多數的教材都告訴你單一明確的答案,而這個答案經常不能解釋古往今來的現況,但只要能「背下來」就能夠「通過考試」並登上升學的「天梯」。所以呢,就算老師再有心,最後從老師到學生在課本教材面前都變得「不疑有它」,因為質疑就是自找麻煩,會無法得到高分;
  2. 既然連知識的來龍去脈都不需要知道,最後就只要把重點和圖片背下來就好。所以呢,不知道為什麼,生物總認為是第二類組認為自己進可攻退可守的科目,也經常被認為是「想唸醫科的人才需要讀」的科目。重點是,對很多人來說,生物就只是背科;
  3. 我們的生物科教學太過著重人類,把人類的狀況放大成生物世界的全部,那麼在教材的編輯與實際的教學現場上,不去理會人以外的生物,更忽視生物世界的多樣性就不足為奇了; 
好,我們回到問題。生物的分類體系(classification)必須建構在親緣關係(或譜系發育)假說(phylogenetic hypothesis)之上,而親緣關係的重建則奠基於演化理論以及演化運算(evolutionary computation)的發展。如果親緣關係的假說有所變動,生物的分類體系就有可能會隨之變動。那麼分類體系的變動包含什麼作為呢?
  1. 新分類群的成立:也就是新種、新屬、新科、新目甚至到新域(domain)的建立;
  2. 舊有分類群的檢討與重整:也就是檢討其內容是否合理,所謂的合理所依循的最高指導原則就是「每一個分類群最好都是單系群(monophyletic group)」。此外,每一個類群在林奈分類層序體系(Linnean Hierarchy)的位階(rank)應該如何安排也是主要課題;
  3. 命名上的處理:同物異名(synonym)、異物同名(homonym)、合法名、有效名、遺忘名、新名、取代名等等的判斷。
為什麼分類體系會變來變去?難道不能統一一下讓大家「好背」嗎?Sorry,不能。因為我們持續地發現新的生物,得到新的知識,使用更多更大量的資訊,以其更新穎的分析策略來重建生物之間的親緣關係,因此親緣關係假說可能會經常被翻新。然而因為演化事件已經過去了,我們再怎麼做都是試圖證實我們的「演化重建」工作有可能逼進最真實的事件。在教學上我們絕對不能天真地以為這是一成不變的,所以要求學生就這樣背下來,老師就這樣教。我們應該要培養的是「如何理解不同分類體系在時代與研究觀點上的背景」,而不是去背一個所謂的「標準答案」。因為是生物,生物的多樣性這麼高,因此永遠有例外。所以請把物理化學數學那套想要有個公式推導萬物之理的想法收起來。因為生命本來就不是這樣運行的。

一般來說目前的高中課本,或是Campbell中文版大概都採用「七界」的架構。那七界?細菌界(Bacteria)、古菌界(Archaea)、原生生物界(Protista)、原藻界(Chromista)、真菌界(Fungi)、植物界(Planta)還有動物界(Animalia)。有了七界還不夠嗎?問題在那?高中課本和教材真的很有趣,一方面教導大家單系群、併系群和多系群的概念,但是講到生物分類體系的時候,又談一堆多系群和併系群且不疑有它。在這七界中,有那個不是單系群?還有,這七界就囊括了所有已知的生物類群嗎?
  1. 先談「原生生物」(Protista)這傢伙。有沒有人聽過「原生動物」(Protozoa)一詞?有對不對?因為我發現很多科普資訊會搞混啊,學生就會被誤導啊,我一定要說清楚講明白。Protozoa被提出來的年代是「學者認為會動的東西都是動物」的時期,那麼相對於多細胞的「動物」(Animalia),會動的卻又沒有複雜的多細胞體制的生物就一律被稱為「原生動物」。還有個玩意而叫中生動物(Mesozoa)我們有機會再說。然後在那個年代,只要有細胞壁的,有光合胞器的玩意兒通通被當成「植物」,所以呢,不行光合作用的浮游生物就被當成「原生動物」,具有光合胞器的通通被叫作「植物」。但這個概念到了七界說的時候就改了。提倡七界架構的學者基本上都同意過去所說的Protozoa不可以被視為動物,和傳統認知上的真菌(指的是子囊菌和擔子菌)差異也很大,所以就把古蟲、黏菌、變形蟲、部份的囊泡蟲、不等鞭毛類、灰胞藻、紅藻、綠藻等通通包含在Protista中。但是Protista顯然就是一個「垃圾桶」,因為它並不是一個單系群。因為很多課本把這些生物集合在一個篇章談,使得有些老師完全忽視Protista是一個多系群的事實,連編課本的人也不注意此事。
  2. 那原藻界Chromista有沒有問題?有的。Chromista是一個多系群,內含彼此之間沒有關係的不等鞭毛類(Heterokonta)、定鞭藻(Haptophyta)、與隱藻(Cryptomonads)。所以早就被捨棄不太被使用,但是我們卻還這樣教,怪怪的,不對吧?
  3. 植物呢?植物有沒有問題?有。植物(Planta)的定義隨著演化假說而變,所以有一段時間有些學者認為,紅藻不屬於植物界,只有綠藻、輪藻與陸生植物算是植物界的成員。然而因為灰胞藻、紅藻與綠色植物被諸多證據支持形成單系群,因此近年的課本都採用「古色素體生物」(或稱泛植物,Archaeplastida)來稱呼這群生物。有些教材把植物的定義限用在陸生植物或胚胎植物,整個就是搞錯狀況啊。
  4. 真菌呢?真菌有沒有問題?有。有些類群的生物在過去不知道究竟和誰比較接近,所以一律被丟在Protista中,但近年的研究顯示它們應該被視為真菌的一份子,例如:微孢子蟲(Microsporidia)與隱真菌(Cryptomycota),也就是說真菌的定義已經被改寫了。
  5. 那麼現在研究生物高階演化的學者究竟認為可以分成幾個界呢?根據Burki (2014)的整理,大概有以下的類群,有許多類群目前沒有被置入任何一界:

    細菌界(Bacteria)
    古菌界(Archaea)
    囊泡蟲界(Alveolates): 包含雙鞭藻、複頂器蟲、纖毛蟲等
    不等鞭毛界(Stramenopiles):包含卵菌、矽藻、金黃藻、褐藻等
    有孔蟲界(Rhizaria):包含各類有孔蟲。這三個界縮寫為SAR
    變形蟲界(Amoebozoa):包含黏菌與各式變形蟲
    動物界(Animalia):從海綿寶寶到人都是喔~
    真菌界(Fungi):微孢子蟲、壺菌、子囊菌、擔子菌等
    古蟲界(Excavata):包含各種滴蟲、眼蟲等
    泛植物(Archaeplastida):包含灰胞藻亞界、紅藻亞界、綠色植物亞界

    目前沒有被置入任何一個界的生物類群有:
    Choanoflagellata
    Ichthyosporea
    Fonticula
    Nuclearida
    Cyptophytes
    Katablepharids
    Picozoa
    Plpitomonas
    Centrohelids
    Telonmids
    Haptophytes
    Rappemonads
  6. 所以被正式承認的界已經有10個,而且這10個其實還不夠用喔~
我想教學的目的就是要讓學生知道如何欣賞與理解這多樣性的世界。我認為化繁為簡沒有不對,但是請不要為了考試,為了方便,為了好背,而簡化這幾十億年來演化出來的云云眾生相。