現代教育通訊117期

科學科於下學年就會正式推出，成為小學課程內其中一項主要科目之一，在範疇一「生命與環境」中其一主題「生命的延續」內，引入了新課題名為「遺傳與繁殖」。我曾於大學及中學任教過相關課題，從以往經驗所得，同學於學習這課題的時候，或多或少都會遇上不同程度的困難。當我得知新課程內容包含這課題後，最初真的感到有點疑惑，如何在小學內教授學生遺傳學呢？

 

談到遺傳學，這是一個相當深奧的課題，研究發展一日千里，在小學生的認知層面及缺乏相關知識基礎下，學習遺傳學等課題確實是有一點挑戰，難道需要跟學生剖釋DNA內鹼基排序及遺傳訊息之間的關係嗎？怎樣把這個艱澀的課題，利用深入淺出卻又饒富趣味的課堂活動讓同學成功建構相關的知識？這成為我們一個相當有趣的挑戰！ 要同學有效學習，首要在其認知層面上建立一套隱固的概念網絡，那就必須先從他們已有的基礎知識上入手了。

 

那麼怎樣的知識聯繫可以來得合理及富趣味性呢？我想到的就是：「遺傳」 à 「競爭」à「演化」！有了這個大方向，我就順勢將「遺傳」及 「競爭」連在一起構成為姊妹概念，你中有我，互為因果，並利用有趣的生物故事，例如長頸鹿的演化假說，延伸至「演化」概念，希望同學透過生物間的小故事而悟出自然界的大道理。

 

但怎樣可以讓「遺傳」與「競爭」聯繫在一起，而變得更易理解及「好玩」，寓學習於遊戲呢？相信許多同工及同學都曾經玩過「大富翁」遊戲，會否回想起當要抽出一張「命運」或「機會」咭時，想像下一刻會有怎樣結果的期待情景嗎？這「遺傳」與「競爭」的課題剛好跟「命運」與「機會」概念對接上了！演化的結果正是一場命運與機會之間的搏奕，稍後篇幅會再詳細討論。

 

由於有效學習始於穩健基礎，我們先從課題「競爭」開始。提起競爭，大家很容易聯想到競爭的結果必然是勝與負，比賽如是，找工作如是。但自然界的競爭，結局卻悲壯慘烈得多了，勝負往往跟生物個體甚至種群的生存或延續、死亡或滅絕扣上關係。勝方因生理或行為上具有較其他競爭者更強的競爭優勢，撃敗對手得以生存及繁衍下去。

 

但何謂「競爭優勢」？是否要身型力量巨大如獅子？是否要四肢靈活敏捷如獵豹？還是要頸項強壯高長如長頸鹿？那麼體型細小的老鼠沒優勢嗎？移動緩慢的蝸牛沒優勢嗎？頸短肥厚的野豬也沒優勢嗎？怎樣才算是最具優勢？說白一點，競爭優勢就是適應環境的能力，生物無需一定要最強、最快或最高，在自然界中，誰最適應誰就可以留下來。那怕是生理或行為上很細微的特徵，例如體毛短一點點，在特別的環境下（海洋），就足以讓鯨豚的祖先成功勝出，演化繁衍為現存的鯨豚動物王國，成就世界之最（藍鯨）！這正是「適者生存」的自然法則！

 

想像一下，在濃密的叢林裏，存在着巨大的危機（危險與機會），棲身當中的動物要生存，就需要具備特殊的本領去適應叢林的獨特環境。以長臂猿為例，顧名思義就具備有「長臂」的形態特徵。牠有一對長長的手臂，其手臂的長度可以超越身長的1.5倍或以上，靠一雙長臂和手腳上靈活的長趾及腳趾，讓長臂猿可以在樹叢之間靈活擺盪。牠身上的保護色，再配合「臂躍」的活動方式在叢林中高速移動以避開獵食者的追捕。這一身獨特的本領（適應能力），讓長臂猿在叢林環境中得心應手，於生物間的競爭中勝出。獲勝的獎品卻很簡單，就是生存及繁殖。不僅長臂猿跟其他森林動物必須相互競爭，長臂猿與同類之間同樣為了爭奪食物、生存空間及配偶互相較勁，「適者生存」的自然法則就以種內及種間競爭的背景下，在叢林環境中不斷延續下去。

 

以上的概念，同工一讀就明，但對同學來說或可能會有點抽象。所以同工們可以活用故事形式，透過情境啟導同學思考故事情節及當中出現的疑問，讓同學於尋找答案及討論的過程中，主動學習構建相關概念，達至同學明白及理解生物之間的競爭乃源於有限的環境資源所致。例如，利用跟同學們同年級的模擬朋友樂樂，站在四年級生的視角，分享「獅子王先生及家人」的故事，透過純真的樂樂看世界，讓同學產生共鳴或矛盾感，樂於聆聽樂樂說故事之餘，亦激發他們的思考空間。

 

故事講述王先生一家三口住在獅子山下的一個大草原上，那裏食物豐富，空間充足，生活無憂，牠們樂也融融。三年後，王先生共增添了五位孩子，一家七口住在獅子山下，食物和空間剛好足夠，生活尚算無憂，牠們仍然樂也融融。然而，故事再發展至十數年後，王先生家族已增添了共十數位孩子，部分亦已長大，並在同一個大草原上成家立室、生兒育女，繼續傳宗接代。獅子王先生的家族仍在獅子山下不斷擴張、繁衍下一代，樂樂形容牠們仍然生活無憂，樂也融融。故事說完後，樂樂的朋友美兒提出疑問「樂樂，你的故事說到這裡好像有點問題，獅子王先生的家族能否如你所說，可以這樣延續下去呢？」

 

同工們可以讓同學們自由地提出意見，也可引導同學的思考方向（即草原的生存空間及食物資源），例如獅子吃什麼？一頭成年獅子一年需要消耗多少食物（獵物）的重量（自行於網上找尋答案）？那一個七口子的獅群（內有雄獅、雌師和幼獅）又需要多少食物及生活空間（領地要多大——可以假設為50平方公里）？這片空間（草地）又可以養活多少獵物（數量）？…藉着這些資料，以分析及計算一下讓一家七口的獅群居住的草原「…食物和空間剛好足夠，生活尚算無憂」，能否支撐獅子王先生家族無限量擴張嗎（可先從「十數位孩子長大並成家立室」的情節估算）

 

其實答案的準確度不是重點，反而尋找答案及可讓同學們反思的討論過程才是關鍵。在自然環境下，各生物通常都會在生態系統中維持較恆常穩定的數量，達致生態平衡的狀態，獅子王先生家族同樣都只能在有限的資源下競爭並維持着一個環境可承受的獅群大小，可是，人類人口卻在有限的環境下不斷膨脹擴張，成嗎？

 

然而，無論自然環境怎樣穩定，食物資源怎樣豐富，只要外在環境因素改變了一點點，都有可能隨時會讓環境改變得面目全非。假如，叢林的環境突然改變（例如降雨少了），不再適合高大的樹木生長，試想像原本在樹間靈活擺盪的長臂猿在沒有樹木的草原環境下怎樣生活？曾經讓長臂猿取得競爭優勢的長臂特徵，在草地上再無用武之地外，亦會成為長臂猿覓食及逃避捕獵者的最大負擔。在這場殘酷的較勁中，適者可以生存下來而不適（應）者就會被淘汰，大家認為長臂猿在新的環境下是適者還是不適（應）者呢? 長臂猿個體若輸掉了，結果就是死亡，假若整個長臂猿種群失敗了，結局就是種群滅絕。 這正是「物競天擇」、「適者生存」的必然後果，「物競」形容生物之間的相互競爭，那麼誰主勝負呢？這就取決於「天擇」了，即自然環境的狀況，成敗也在天，半點不由「人」！

 

「物競天擇」而只有「適者生存」，即使生活於同一個環境內的生物，例如獅子、獵豹和鬣狗等頂級獵食者，牠們屬於同一個食性層次，有着相似的目標獵物，彼此間的競爭優勢卻不相同，不過這些獨特優勢卻同樣都讓該生物具備了適應環境的能力。那麼這些能力和特徵，例如獅子的健壯身型與力量、獵豹的敏捷與速度、鬣狗的靈巧與聰明，又是怎樣獲取的？簡單而言，就是與生俱來的，這回正好要將「競爭」延伸至「遺傳」的概念上了。

 

我們利用一個有趣的物種演化故事來作解說——長頸鹿的前世（祖先）和今生（後代）…。在綠悠悠的矮樹叢內，有一大群鹿一起生活，牠們體型、形態及行為都相似，只是牠們的頸項有些長一點，有些短一點，可是不管牠們的頸項有多長，牠們每天都仍然快快樂樂地吃着矮樹上的嫩葉，繁衍下一代。然而，環境因素改變了，或生態環境出現了演替現象，矮樹叢內樹木植物也在競爭，長得高一點的樹木具有競爭優勢可獲取更多陽光，將較矮小的樹淘汰掉。

 

在環境剛開始改變的時候，樹木雖長高了一點，鹿群仍能輕易獲取食物，可是隨着時間的過去，樹木長得更高，短頸的開始出現覓食困難了，反之長頸的仍然可以輕鬆取食樹上嫩葉。在樹木越長越高的環境下，短頸的越來越難取得足夠的食物資源以維持正常的生長或繁殖，甚至生命。可是，對於鹿群內長頸的，牠們的食物富足了（因少了短頸的競爭者），長頸的繼續繁殖，產生更多長頸項的後代。當樹木越長越高，頸項再長一點兒的就擁有更佳的競爭優勢。於是，整體鹿群的頸項也越來越長，因此長頸的佔鹿群的比例也越來越高。直到有一天，當所有（相對）短頸的都被淘汰掉而只留下長頸項的時候…，這就是長頸鹿的前世今生的演化故事（假說）。

 

這亦是對「物競」（長、短頸的對食物資源之爭）「天擇」（環境改變了，樹木長得越來越高）及「適者生存」(長頸鹿生存下來)的有趣解說。於生物學而言，環境造就了「選擇壓力(Selective Pressure)」，而長頸項的形態特徵就成為「選擇優勢 (Selective Advantage)」，即前文經常提及的競爭優勢，讓該生物享有更大的生存和繁殖機會。那麼，誰主這勝敗關鍵呢？在上述長頸鹿的演化故事中，有一情節跟遺傳有很大的關係，你找得到嗎？

 

遺傳學雖然相當複雜，但要認識「遺傳」的基本概念，卻又不太艱深。中國古代智慧已把與「遺傳」相關的觀察和理解融入了生活…「龍生龍，鳳生鳳」及「種瓜得瓜，種豆得豆」正是對「遺傳」概念的最精髓及生動的解說。在長頸鹿的前世今生故事內，曾出現過這一段：「長頸的繼續繁殖，產生更多長頸項的後代」，又如前文提及「獅子的健壯身型與力量、獵豹的敏捷與速度、鬣狗的靈巧與聰明…就是與生俱來的」。

 

何謂「與生俱來」？用最近大家經常掛於口邊的口頭襌「贏在起跑線」就最為貼切，這起跑線正正要推到父母的精子和卵子結合（受精）的一刻開始，生物的基因型從此定下來，並決定了這生物的表型及形態特徵—長頸的、健壯的、敏捷的、靈巧的，高大的等等特徵就經基因由親代遺傳到子代，例如人類的膚色、眼睛顏色、眼瞼、面頰和耳垂的形狀等皆屬於可繼承特徵。這些可繼承的特徵，只可傳承，不能學習，例如我們拇指第一節向後彎曲或捲舌頭的能力等。

 

當然，在父母身上的部分基因不一定會遺傳到子嗣上，即使子嗣擁有這些基因，也不一定會表現出來，這還可能需要其他基因或環境因素互相配合，這也是遺傳學的複雜奧妙之處。假若鹿群中短頸的反問長頸的，為什麼你有而我卻沒有長頸項這競爭優勢？答案很簡單，這純然是遺傳的結果，這是大自然，這就是「命運」！但假若環境又再改變，所有高大的樹木都倒下了，只剩下矮小的灌木或草本植物，那麼風水輪流轉，情況反過來了，短頸項的特徵或會成為競爭優勢，這就是「機會」！牠們只能歎一句：「時不與我兮！」

 

我們同樣以說故事形式，並讓同學一齊參與解決故事主人翁獅子王先生尋找「疑子」的困惑，利用客觀的觀察而非主觀的臆測，從分析所收集的數據而作出科學化的推論以解決問題。在動物王國中，獅子王先生與牠的寶貝兒子失散了，牠很擔憂兒子現身處何方，鬣狗偵探幫忙尋找他的兒子。不一會兒，鬣狗偵探就向王先生報告有了牠兒子的踪影。可是，當王先生看見一位坐於草地上的小「疑」子時，心頭一冷…這小孩有一個灰黑的龐大身驅、長着如荷葉般的大耳朵、靈活如蛇的長鼻子…。

 

王先生心灰意冷之際，動物王國再合大眾之力，再度幫王先生多找了數位「疑」子，包括芝芝、美美、施施、汪汪及文文。根據遺傳學的理論，親代的形態特徵會透過有性繁殖經由DNA上的基因遺傳到子代，因此子代具有與親代較（多）相似的特徵。同學們必須根據「子代具有與親代較（多）相似的特徵」為基礎，觀察這些「疑」子的頭部形態，例如眼睛和耳朵、吻部和口型、鼻形和下巴等，再比較王先生以上特徵的相似度，綜合這些證據（最大百分比相似度）作出推論，以判斷誰（最有可能）是王先生的兒子。其實學習遺傳的課題也可以相當有趣的！

 

自然界的競爭與遺傳現象正是相互影響，並對生物的演化有着很關鍵的連繫，當然，演化的課題並非課程的探討方向，但這些現象皆互為因果，避談反而造成學習盲點，在同學相關的認知層面上未能建立一個更全面的概念架構，為未來學習更高深科學科課題打穩基礎，這一點在於教育工作者而言必須留意。

 

總括而言，「遺傳」決定了生物的「可遺傳特徵」，這是「命運」。在特定的環境下（選擇壓力），某些可遺傳特徵讓生物更適應該環境，因而讓該生物於生物間的「競爭」中勝出（競爭優勢），「適者生存 」並透過「繁殖」，讓更多後代遺傳到這些特徵並因而擁有適應這環境的能力。當然，假若環境改變了，原來的競爭優勢消失了，反之另一生物的可遺傳形態特徵（選擇優勢）卻賦予這生物對新環境的適應性而存活下來並繼續繁衍，這是「機會 」。我們現世所看到的生物世界（今生）正是生物的祖先(前世)經歷了無數「物競天擇 」及「適者生存 」等挑戰的成功結果。因此，生物前世與今生的因果糾纏，皆源於其「命運」與「機會 」之間的搏奕，成敗皆在天，半點不由人＊！

 

＊註解：天者大自然也，人者只為大自然之一粟而已，力量皆由天賜，宜與自然和諧共生，天人融合，切忌妄自尊大，以為人定勝天。