112學測自然 第12題 詳解
古基因體・物種判讀 · 多選 · 題目出處:112 學年度學科能力測驗 自然考科(大學入學考試中心)
題目
巴博(Svante Paabo)因發現了已滅絕人族成員之基因體(DNA 之集合)並探討現代人(Homo sapiens)之演化歷程,獲得 2022 年諾貝爾生理-醫學獎。從尼安德塔人的化石中,他先發現了粒線體 DNA,定序了第一個百萬個核苷酸和第一版的核基因體序列。稍後,又發現一個新的人族成員-丹尼索瓦人(Denisovan),並且組裝其基因體序列。他的這些研究開發了全新而完整的材料,並開創了新的科學方法,為嶄新的古基因體學研究注入動力,以探索人族的演化過程。有關探討人類演化之科學進展,下列哪些正確?(應選 3 項)
(A) 要從化石人族之標本中取得粒線體 DNA 序列比取得細胞核 DNA 容易
(B) 要從尼安德塔人的核酸中取得相當連續的 DNA 序列比從現代人困難許多
(C) 假設丹尼索瓦人之最終學名為 Homo denisova,則此人與現代人非同一物種
(D) 核基因體序列所提供的證據徹底否定了由粒線體 DNA 資料推論之人類演化過程
(E) 挹注巴博古基因體學研究的材料和科技已經可以延伸使用到侏羅紀的人類標本上
(A) 要從化石人族之標本中取得粒線體 DNA 序列比取得細胞核 DNA 容易
(B) 要從尼安德塔人的核酸中取得相當連續的 DNA 序列比從現代人困難許多
(C) 假設丹尼索瓦人之最終學名為 Homo denisova,則此人與現代人非同一物種
(D) 核基因體序列所提供的證據徹底否定了由粒線體 DNA 資料推論之人類演化過程
(E) 挹注巴博古基因體學研究的材料和科技已經可以延伸使用到侏羅紀的人類標本上
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逐步解析
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1
古DNA的難處
化石標本裡的 DNA 有三個先天限制:經過數萬年已斷裂成短片段、鹼基受化學損傷、殘存的量極少,而且常混入土壤細菌與操作人員的現代人 DNA。整個古基因體學的技術突破,都是圍繞著「如何從又少又碎又髒的樣本裡讀出可信序列」在解決問題。把這三點放在心上,選項就好判斷了。 -
2
拷貝數決定難易
一個細胞裡的核基因體只有兩套,但粒線體有數百到上千個,每個粒線體內還帶有多份環狀 DNA,換算下來粒線體 DNA 的拷貝數比核 DNA 高上千倍。起始量愈多,經過長時間分解後還能撈到完整片段的機率就愈高。這正是巴博先做出粒線體 DNA 序列、之後才推進到核基因體的原因,(A) 正確。 -
3
拼連續序列更難
現代人樣本可以直接抽到完整、量足、未受損的 DNA,定序後容易拼出長而連續的序列。尼安德塔人的核酸只剩幾十個核苷酸長的碎片,還帶有胞嘧啶脫胺等損傷造成的錯誤讀值,必須大量重複定序、靠片段重疊逐段組裝,並設法排除污染,難度遠高於現代人樣本,(B) 正確。 -
4
學名怎麼讀
生物的學名採二名法,前面是屬名、後面是種小名。Homo denisova 與現代人 Homo sapiens 屬名同樣是 Homo,代表兩者親緣接近、同屬人屬;但種小名 denisova 與 sapiens 不同,依照命名規則就代表它們被歸為不同的物種。因此 (C) 的推論成立。 -
5
後兩項錯在哪
(D) 的「徹底否定」把話說死了:核基因體提供的是解析度更高、更完整的資訊,例如揭露現代人祖先曾與尼安德塔人、丹尼索瓦人發生基因交流,這是補充並修正粒線體 DNA 的推論,不是把它整套推翻,兩類證據仍互相印證。(E) 的侏羅紀距今約一億五千萬到兩億年前,當時人族尚未出現,根本沒有人類標本可採;何況 DNA 在那樣的時間尺度早已分解殆盡,技術再好也無從施展。 -
6
收斂
符合科學進展的敘述是 (A)、(B)、(C);(D) 的說法過度絕對,(E) 的年代與人族出現的時間完全對不上。答案選 (A)(B)(C)。
答案
(A)(B)(C)
關鍵觀念:#粒線體DNA #核基因體 #物種概念
常見卡點
兩個可以當成通則的判準:第一,演化題只要出現「徹底」「完全」「唯一」這類極端字眼,例如 (D),幾乎都是錯的,科學證據多半是互相補充而非彼此否定;第二,遇到地質年代一定要當場對時間軸,侏羅紀是恐龍稱霸的時代,人族出現只在幾百萬年內,(E) 光時間就對不上,不必去想技術問題。至於 (C),只要記牢二名法「屬名+種小名」,看到種小名不同就判不同種。
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