第6講 生命的進化生物登陸

《生命的起源與進化》之啟示錄第一講生命的解讀

第二講宇宙的誕生（137億年前）

第三講地球的誕生與神奇（46億年前）

第四講生命的起源（35億年前）

第五講生命的進化4、大地何時披上綠裝?

第一次（加里東）造山運動結束（古生代志留紀末～泥盆紀初），地球發(fā)生翻天覆地的變化，原為海底的地方崛起了高山和平原，原來平靜的大型湖泊變得狹小，容易干涸，出現(xiàn)更多的大陸和沼澤。隨著滄桑巨變和水陸變遷，以及月亮引力的潮汐作用，很多水生生物可能周期性或經(jīng)常性遭遇缺水，不能適應環(huán)境而滅絕。困境之五

水生生物如何應對缺水的環(huán)境

在泥盆紀之初，極少數(shù)水生生物從沼澤地帶或海灘開始被迫登陸，一勞永逸。是植物還是動物先登陸？

水生植物藻類：不需長途跋涉，水一退去即可“自動”登陸，不用挪動，由泡在水里轉為站在陸地上生存。藻類登陸歷經(jīng)半水生（苔蘚）和陸生（蕨類）二個階段。“兵馬未動，糧草先行?！敝参锏顷懶杈邆淠男┗緱l件？●

直立生長

●

輸送水分和營養(yǎng)

防止水分蒸發(fā)

●

繁殖①具有維管組織

●木質部：有管胞或導管，向上運輸水分和無

機鹽；支撐植物直立生長。

●韌皮部：有篩胞或篩管，向下運輸營養(yǎng)物質。韌皮部木質部莖橫切面

②具有角質層和氣孔：葉片表面的角質層可防止水分的過度蒸發(fā)。氣孔幫助植物呼吸空氣，調控水分和二氧化碳，以進行光合作用。

③產(chǎn)生孢子（生殖細胞）和配子（成熟性細胞）：脫離水體后，采用孢子生殖，借助風力傳播，減少對水的依賴。孢子萌發(fā)后形成配子（精子、卵），完成受精。孢子葉和孢子囊經(jīng)過漫長而艱辛的登陸“演習”，在泥盆紀早期，藻類終于打破20億年的水生習性，擺脫了水的束縛，成功登陸，經(jīng)苔蘚類進化為原始的蕨類植物—裸蕨類。萊尼蕨

光蕨

工蕨

裸蕨類：無根無葉（“莖狀物”），非常矮小，有利于防止水分的蒸發(fā)

。

假莖：行光合作用；有管胞和篩胞，運輸水分與營養(yǎng)物質；莖表有角質層和氣孔，調節(jié)體內水分的蒸發(fā)。

假根：固定和吸收作用。

孢子：頂端生孢子囊。

裸蕨類成功登陸后，在溫暖潮濕的泥盆紀早期開疆拓土，向沼澤濕地發(fā)展，原始大陸終于披上第一絲綠意。“春風又綠江南岸，明月何時照我還”（王安石）

在泥盆紀晚期，古老大陸逐漸形成，沼澤遍布，氣候繼續(xù)干旱，裸蕨類最終走向衰亡，適應性更強的高等蕨類植物如石松類、楔葉類、真蕨類迅速興起，一個嶄新的綠色世界（原始沼澤森林）產(chǎn)生，大地從此披上綠裝。高40多米,直徑2-3米

真蕨類：創(chuàng)造出真正的根、莖、葉和孢子等陸地生活不可缺少的器官。光合作用效率大增，產(chǎn)生維管束（由木質部和韌皮部組成），更有效地運輸水分和營養(yǎng)物質，并起支撐作用。

真蕨類離不開水，還不是真正的陸生植物。代紀開始時距今時間（年）動物界植物界新生代第四紀300萬人類第三紀7000萬哺乳類被子植物中生代白堊紀1.35億鳥類侏羅紀1.8億爬行類三疊紀2.25億裸子植物古生代二疊紀2.7億兩棲類石炭紀3.5億泥盆紀4億魚類蕨類植物志留紀4.4億奧陶紀5.1億寒武紀6億真核生物出現(xiàn)（無脊椎動物）元古代18億原核生物大發(fā)展藻類植物太古代35億原核生物出現(xiàn)（細菌和藍藻）

46億生命起源4、大地何時披上綠裝?

第二次（海西）造山運動（泥盆紀初至二疊紀末）導致地球再次滄桑巨變，大批蕨類植物被埋入地下，最終形成煤層。石油：40年

天然氣：65年

煤炭：250年生物質能源：綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能、存儲在生物質內部的能量。

蕨類植物的登陸和繁榮，出色地改造了地球的空氣、水分、土壤。到泥盆紀大氣含氧量已達現(xiàn)有水平（21%）。充足的氧氣和食物，為海洋動物的登陸鋪平了道路?？梢姡瑳]有植物的登陸成功，就沒有今天五彩繽紛的生命世界。5、動物何時和如何登陸?①在陸地上行走：運動器官鰭被改造成五趾型足或附肢，同時產(chǎn)生粗壯的骨骼和發(fā)達的肌肉，從而支撐體重并完成運動。動物登陸需具備哪些基本條件？②在空氣中呼吸：魚類等水生動物用鰓呼吸。由于空氣中氧含量是水中的20多倍，動物登陸后改為氣管或肺呼吸。③減少水分散失：皮膚的最外面為角質層，由數(shù)層角化細胞組成，含有角蛋白，可防止體內水分蒸發(fā)。膀胱或腎可濃縮尿液，重吸收水分。志留紀末，為了擺脫缺水環(huán)境，一些節(jié)肢動物產(chǎn)生氣管，直接呼吸空氣中的氧氣；體表產(chǎn)生幾丁質外殼，以保持體內水分，支撐身體。當水體干枯時，利用附肢和分節(jié)的身體在泥濘中艱難爬行，尋找較潮濕的地方，從而率先登陸，并向空中發(fā)展，演化成為昆蟲。最先登陸的動物很可能是昆蟲。經(jīng)過漫長的進化，昆蟲體軀分化出頭、胸和腹，常具2對翅、3對足。蝴蝶蘭蝴蝶飛蛾蒼蠅蚊子蜻蜓最早登陸的昆蟲沒有翅膀，生活在沼澤森林中。在爬上樹木覓食時，為避免被風刮落摔死，或被敵害捕殺，一些昆蟲胸部背面角質膜向兩側突起，可作滑翔運動，逐步演變成原始翅膀。之后，朝身體小型化（蜻蜓類）或翅膀能折疊（新翅類）方向進化。昆蟲為什么會形成翅膀呢？除了基本的飛行功能外，美麗鮮艷的昆蟲翅膀可用來保護蟲卵、當作音樂器具、用于偽裝、警告對手、吸引異性，等等，可謂五花八門，隱藏著太多的秘密。昆蟲在進化過程中形成了極其精確和完善的生存機制，具有許多特殊本領，可用于仿生學。

蒼蠅：后翅退化為平衡棒，是“天然導航儀”。據(jù)此仿制的“振動陀螺儀”已用在火箭和飛機上，實現(xiàn)無人駕駛。眼睛是由3000多只小眼組成的復眼，可看到幾乎360°范圍的物體。仿制的“蠅眼照相機”一次能拍攝上千張相同的

相片，用于印刷制版等。蜻蜓：翅膀前緣的上方有一塊深色的角質加厚區(qū)-翼眼或翅痣，可消除顫振的危害。飛機飛行時，機翼會發(fā)生有害的振動。飛行越快，顫振越強，甚至使機翼折斷而墜落（氣體動力學顫振現(xiàn)象）。在機翼前緣的遠端安放平衡重錘，即可消除有害的振動。蜻蜒僅靠兩對翅膀不停地拍打飛行，據(jù)此研制出直升飛機。

蝴蝶：翅膀為有色鱗片，有惟妙惟肖的保護色，在陽光下時而金黃，時而翠綠，時而由紫變藍，在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)，據(jù)此可在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝，生產(chǎn)出迷彩服?！皟和弊咦伏S蝶，飛入菜花無處尋”（楊萬里）

“蝴蝶效應”：“一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可能在兩周后引起美國德克薩斯州的一場颶風”。在一個動力系統(tǒng)中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統(tǒng)長期的巨大的連鎖反應。作為個體的人，我們的行為無時無刻不在影響他人與世界?！熬由魇?，差若毫厘，繆以千里”《易經(jīng)》

到了寒冷的冬天，聽不到蟋蟀的歌唱，看不到蜻蜓、蝴蝶在空中翩翩飛舞，也看不到螞蟻在地面上奔忙，大自然顯得格外寂靜。在這天寒地凍的季節(jié)里，昆蟲去了哪里？

為什么昆蟲需要冬眠？昆蟲為變溫動物，體溫隨環(huán)境溫度的改變而變化。為此，不同的昆蟲采用不同的方式（卵、幼蟲、蛹或成蟲）休眠而越冬。早期昆蟲像水生節(jié)肢動物一樣，大都經(jīng)過卵、幼蟲（水生稚蟲、陸生若蟲）和成蟲三個階段，稱之為不完全變態(tài)，如蜻蜓、蟋蟀、蝗蟲。金蟬脫殼從石炭紀末至二疊紀，第二次造山運動造成氣候由溫暖潮濕變得寒冷干燥。為了渡過惡劣的環(huán)境，不少昆蟲如蝶、蛾、蜂、蚊等在幼蟲期與成蟲期之間產(chǎn)生蛹，稱之為完全變態(tài)。破繭（蛹）化（成）蝶“人生如春蠶，作繭自纏裹；一朝眉羽成，鉆破亦在我”

（陸游）“相見時難別亦難，東風無力百花殘。春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干?！保ɡ钌屉[）只追求成長，不追求成功，讓成功成為成長的必然結果，這就是通往

成功的最正確的道路。我們都見過飛舞的蝴蝶，在展翅飛翔的那一刻，它是如此美麗。但是，請別忘了，在美麗的背后，它曾經(jīng)有過毛毛蟲笨拙的爬行、織絲成繭的辛勞、黑暗之中的等待，以及破繭化蝶的痛苦。

昆蟲：由于具有氣管、翅膀和變態(tài)發(fā)育行為，在石炭紀迅速發(fā)展和繁盛，種類多，分布廣。之后，成為“花之媒人”，大力促進了有花植物的繁榮，使大地更加生機盎然。代紀開始時距今時間（年）動物界植物界新生代第四紀300萬人類第三紀7000萬哺乳類被子植物中生代白堊紀1.35億鳥類侏羅紀1.8億爬行類三疊紀2.25億裸子植物古生代二疊紀2.7億石炭紀3.5億昆蟲類泥盆紀4億魚類蕨類植物志留紀4.4億奧陶紀5.1億寒武紀6億真核生物出現(xiàn)（無脊椎動物）元古代18億原核生物大發(fā)展藻類植物太古代35億原核生物出現(xiàn)（細菌和藍藻）

46億生命起源飛蛾撲火：飛行方向與光源（“月光”）保持一定角度，因此，飛行過程中要不斷變化角度，半徑逐漸縮小，軌跡也逐漸靠近光源，好像蚊香的形狀，最后接觸光源，并非徑直撲向光源的。冬蟲夏草：蝙蝠蛾幼蟲被霉菌感染后，尸體組織與菌絲結成堅硬的假菌核，在冬季干燥土壤內保持蟲形不變達數(shù)月之久（冬蟲），待夏季溫濕適宜時，霉菌菌絲開始生長，棒狀子實體露出地面，外觀象一根小草（夏草）。泥盆紀中晚期至二疊紀末，陸地面積繼續(xù)擴大，氣候進一步干旱，有些汪洋大海、巨川大河變成河湖池沼，甚至干涸見底。泥盆紀早期石炭紀晚期剛登陸不久的蕨類植物又大多長在水邊，殘枝敗葉落入水中，腐爛發(fā)臭，大量消耗水中的氧氣。那些一貫憑借鰓和鰭在水中生活的魚類，不是因擱淺就是因缺氧而死亡。面對惡劣的水環(huán)境，總鰭魚不得不拋棄水生生活方式，改腮呼吸為肺呼吸，直接呼吸空氣中的氧氣以度過難關；胸鰭和腹鰭發(fā)展為有堅硬骨塊的四肢，支撐體重在陸地上艱難地爬行，終于成功登陸。

總鰭魚登陸成功后，開始脫離水域向陸地進發(fā)，產(chǎn)生新的物種—兩棲動物，如大鯢（娃娃魚）、蛙類和蟾蜍，能在水中用鰓呼吸，在陸地上用肺呼吸，有五趾型足部。

魚石螈：是最早的兩棲動物，是陸生脊椎動物的鼻祖。魚石螈沒有胸腹鰭，但有相當粗大的腿和足趾。

蛙類：受精、產(chǎn)卵和孵化必須在水中進行，幼體—蝌蚪用鰓呼吸，沒有四肢，靠尾巴游泳，類似于魚。經(jīng)變態(tài)發(fā)育后，鰓和尾巴消失，長出肺和五趾型四肢，逐漸變成水陸兩棲的蛙類。以上表明：兩棲動物由魚類進化而來，但還不是陸生動物，僅僅在陸地擺了個灘頭陣地而已。在石炭紀～二疊紀，兩棲動物由于具有充足的食物（昆蟲、節(jié)肢動物和軟體動物），亦無競爭對手，故而出現(xiàn)大繁榮和分化，成為動物界的統(tǒng)治者（“兩棲動物時代”）。“黃梅時節(jié)家家雨，青草池塘處處蛙。有約不來過夜半，閑敲棋子落燈花”（趙師秀）代紀