串連演化與分類的「建構演化樹」

生物課程的單元編排方式是有意義的，先講生殖和遺傳，接著到了演化，然後講分類。而演化和分類怎麼連在一起呢？因為分類架構必須要符合演化關係，所以我就可以用這個演化樹的活動串連起這兩個單元。


建構演化樹
我非常愛這個演化樹的活動，不過過去作的經驗讓我覺得實在太花時間了，所以後來我將這個活動的內容大幅刪減到剩下29隻小動物，而且我還把動物按照年代都排好了，這樣省去了排動物和剪貼的時間。學生拿到的就是這樣一張紙，假設這個動物叫做卡卡獸好了。（檔案在此）





學生要作的事情很簡單，就是要用型態特徵去找到各種動物的祖先和後代的關係，連好之後就會像下圖（標準答案）
 


思考的過程比結果重要
學生做好了之後，我就會發下標準答案，讓他們看看自己的和標準答案有什麼不同。不過這時候的重點不在於答對或答錯多少，而是引導思考的過程。

• 你的演化樹和標準的一樣嗎？
• 為什麼會一樣？為什麼不一樣？
• 你發現什麼奇怪的地方嗎？
• 你同意這個演化樹的畫法嗎？

光是用型態特徵來作演化樹的重建，不見得能畫出正確的樹。我們可以讓學生們彼此互相比較，他們會發現每個人看的點不同，就可能畫出不同的樹。科學家們在建構演化樹時，除了用型態特徵來分，還有什麼依據呢？而且有些特徵未必是祖徵，它有可能是趨同演化的結果。

接著用正確版的演化樹來討論

• 你認為和12號親緣關係最近的是哪種現存的哪種動物？誰的親緣關係和大家最遠？
• 這些動物當中有沒有哪一種是活化石？為什麼你覺得那是活化石？
• 在你建立演化樹的過程中，有遇到哪些困難？為什麼科學家實際建立真實的演化樹時，也會遇到這樣的困難？（學生會說圖好小、看不仔細、許多特徵都好像。真實的科學研究，很多也就是這樣）

分類
接著根據建構出的親緣關係樹（演化樹）將這8種現存的卡卡獸進行分類？誰和誰同屬？誰和誰又是同一科，也請你為這些屬和科命名？

這裡可以引入「單系群」的概念，不過不太需要特別去提，因為這概念顯而易見。例如我問學生如果第2隻和第4隻被放在同一組裡，那麼還有哪隻應該被放進去。（這時候，我下圖是還沒畫上色框的）。或是問第2隻和第7隻放在同一組裡，還有哪些應該放在同一組。

根據單系群分類的概念，我們應該能分出藍色的那四個屬，只是最右邊那個屬是該獨立成一科還是併入左邊那一科，以目前的資料來看，這就不一定了。

以下圖我的分法，就是黃色大框是同一個目，裡頭分了兩個科（紅色），第一個科裡有三個屬（藍色），第二科裡則是單屬單種。以下圖這樣看屬、科、目的關係，你才有可能看仔細什麼叫做同屬比同科的親緣關係近嘛！

命名

當已經為這些分類群命名之後，接著就可以作學名的命名了，虛擬故事是這樣的：

你是研究卡卡獸的分類學家，有天你在遠的要命王國裡面，發現了一隻新種的卡卡獸(編號16號）。因為你是首度發表的科學家，所以你擁有為牠命名的權力。本來命名應該用拉丁文來命名，但是情況緊急，所以你就改用英文來為牠命名，請根據學名的基本命名原則來為這隻新種的卡卡獸命名。請寫下這隻卡卡獸的學名，並說明你命名的依據。

有時間的話，不只可以命名一隻，還可以把現存的八種統統命名。在此我會介紹學名的規則，種小名可能用地名、人名或型態特徵。（我學生為了紀念我，還把其中一隻用我的名字命名哩）

製作圖鑑和檢索表
接著可以進行製作圖鑑的活動。你受政府之託為卡卡獸撰寫圖鑑，圖鑑的附錄需要附上一個檢索表，請幫這些卡卡獸作一個檢索表，好讓鄉親百姓們能夠用你的圖鑑來認識卡卡獸。


在圖鑑裡你還要寫出這動物的年代、提出可能的演化關係。而且還要有生態部份的描述，像是描述牠的生活習性，是水生還是陸生，是不是略食者呢？這時候的牠有沒有很多競爭壓力。（如果選用的動物是現生的那幾種，那就不用考慮年代的部份，但如果是古生物，你就要特別標示年代了）

除了上面講作圖鑑的以外，也可以讓學生針對某些年代的卡卡獸作海報，描述當時的氣候與地理環境，描述牠們之間的關係，食物鏈的關係。然後要說明如何發現這些現象(我發現...），會這樣推測的原因（為什麼我說...)，比較這些卡卡獸的異同（牠們的差異是...）

而製作檢索表也未必要8種全分，也可以要求做出四個屬的檢索表就好了。之後再從完整版的動物中，挑選一隻未出現過的，讓學生用檢索表對出，它可能會被分類在哪一屬。


未知年代的挑戰
在這個活動中，還可以有番外篇，例如給予幾張地層圖，說在幾個已知的地層中找到化石了，可是其中一個地層中又發現了過去沒發現的化石物種A，你要從兩張地層圖中去對照出這個化石的生存年代在什麼時候？如果要更狠毒一點，還可以讓地層褶皺、翻轉。

學生程度高一點，還可以乾脆給放射性物質的殘存量，讓他們對照表格來推算這些化石是距今多少年的。






有化石就能找到祖先關係嗎？
有虛擬的活動之後，我們也可以看看實際上科學家做了什麼？
以下這兩張都是Campbell Biology裡頭的圖，第一張是人的，第二張是馬的，其實這和我們一開始發下的卡卡獸的圖是一樣的，可以鑑定出生存年代，但是彼此之間的關係到底是什麼？科學家沒有正確答案，只有最佳答案，未來有新的證據出現後，就有可能推翻過去的說法。經由這個活動，我也要學生了解科學的探究過程是怎麼進行的。

其他
關於建構演化樹，這有篇教案，是一個人傳一個人畫圖的

http://www.accessexcellence.org/AE/SH/NSTA_NOR/vavala_evol.php

另外，也可以用樂高積木來作生命樹
http://concord.org/sites/default/files/projects/er/materials/TeacherGuide_Lego_TXMO_final.pdf