生物各方面的進(jìn)化

物種的進(jìn)化

地球大約誕生在４６億年前，其早期是個(gè)熾熱的球體，根本談不上生命的發(fā)生，后來(lái)隨著地球的慢慢冷卻，才逐步為生命的發(fā)生提供了條件。在經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的元素形成，化學(xué)進(jìn)化過(guò)程后，大約在４０億年前，最初的生命出現(xiàn)了，從此，漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過(guò)程開(kāi)始了。原始生命經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展演化，逐漸形成了現(xiàn)在地球上瑰麗多姿的生命世界。

地球上現(xiàn)有的生物大約有２００萬(wàn)種。這些生物是什么時(shí)候開(kāi)始在地球上出現(xiàn)的？在地球上生物漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，還出現(xiàn)過(guò)哪些生物？這些生物是滅絕了還是繁衍至今了呢？古生物學(xué)的研究為我們解決了這些疑問(wèn)。

地質(zhì)年代是指地殼上不同年代的巖石在形成過(guò)程中的時(shí)間和順序。依據(jù)古生物學(xué)的方法，可以將地質(zhì)年代劃分為太古元、元古代、古生代、中生代和新生代。生命開(kāi)始發(fā)生

在地質(zhì)年代早期只有最簡(jiǎn)單的生物，越是地質(zhì)年代晚期，生物種類越多和現(xiàn)存生物也較接近。這說(shuō)明現(xiàn)在的各種各樣的生物是漫長(zhǎng)歷史的產(chǎn)物，生物經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到雜、由水生到陸生、由低級(jí)到高級(jí)的演變過(guò)程。

植物的進(jìn)化

原始的單細(xì)胞生物逐漸進(jìn)化成原始的藻類植物，如原始的綠藻，這些植物的生活是離不開(kāi)水的。大約在５億年前，地球上出現(xiàn)了陸生植物--裸蕨類。這類植物是由原始的藻類植物進(jìn)化而成的，它沒(méi)有葉，也沒(méi)有真正的根，只能靠假根著生在地上，用莖進(jìn)行光合作用。裸蕨類登陸成功后，逐漸分化出各種古代蕨類植物。這些蕨類植物不僅有高大的莖干，還有了真正的根和葉，但是它們的生殖還離不開(kāi)水。

在兩億多年前，由于劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)和氣候變化等原因，蕨類植物大量消亡，某些古代蕨類植物逐漸演變成裸子植物。后來(lái)，某些古代裸子植物逐漸演變成被子植物。裸子植物和被子植物的生殖過(guò)程完全擺脫了水的限制，在形態(tài)結(jié)構(gòu)上更加適應(yīng)陸地生活，最終成為地球上最占優(yōu)勢(shì)的類群。

動(dòng)物的進(jìn)化

原始的單細(xì)胞生物逐漸演變成單細(xì)胞的原生動(dòng)物，再由單細(xì)胞的原生動(dòng)物進(jìn)化成多細(xì)胞的腔腸動(dòng)物。腔腸動(dòng)物是比較低等的多細(xì)胞動(dòng)物，它的身體只有兩個(gè)胚層。由腔腸動(dòng)物又逐漸進(jìn)化成具有三個(gè)胚層的扁形動(dòng)物，以后陸續(xù)出現(xiàn)了環(huán)節(jié)動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物。

距今５億年至６億年間，是無(wú)脊椎動(dòng)物繁盛的時(shí)代。后來(lái)，隨著動(dòng)物不斷地進(jìn)化，海洋中出現(xiàn)了原始的魚(yú)類，這是低等的脊椎動(dòng)物。在以后的若干萬(wàn)年中，由于海面縮小和陸上水域分隔，某些古代的魚(yú)類逐漸演變成兩棲類，某些古代的兩棲類又逐漸演變成爬行類。爬行類動(dòng)物曾經(jīng)有過(guò)１億年左右的繁盛時(shí)期，那時(shí)地球上到處都是恐龍類等爬行動(dòng)物。后來(lái)恐龍類等爬行動(dòng)物大量消亡，由某些古代爬行動(dòng)物進(jìn)化而成的鳥(niǎo)類和哺乳類，則隨被子植物的興起而逐漸繁盛起來(lái)，最終成為地球上最占優(yōu)勢(shì)的動(dòng)物類群。

從地球開(kāi)始形成到現(xiàn)在，經(jīng)歷了大約46億年的漫長(zhǎng)歷程。如果把這漫長(zhǎng)的歷史比作一天24小時(shí)，把午夜0時(shí)作為地球的誕生，生物進(jìn)化的歷程可以用24小時(shí)表示。這個(gè)時(shí)鐘每小時(shí)約合18750萬(wàn)年，每分鐘約合萬(wàn)年，每秒鐘約合萬(wàn)年。在3：00開(kāi)始化學(xué)進(jìn)化；7：00出現(xiàn)原核細(xì)胞；9：00～10：00出現(xiàn)自養(yǎng)原核生物；13：00出現(xiàn)需氧呼吸的異養(yǎng)原核生物；15：00～16：00出現(xiàn)單細(xì)胞真核生物；20：00從單細(xì)胞發(fā)展到多細(xì)胞生物；22：00水生動(dòng)植物開(kāi)始登陸：23：00高等的顯花植物和哺乳動(dòng)物開(kāi)始繁盛；23：59＇40〃才誕生了人類。

DNA和蛋白質(zhì)的進(jìn)化

生命有著共同的起源。蛋白質(zhì)和核酸是生物體的主要成分，組成生物體的蛋白質(zhì)的氨基酸都是Ｌ－型的，而核酸的結(jié)構(gòu)也極為相似。所有生物的生物化學(xué)反應(yīng)都是由酶來(lái)催化的，它們的物質(zhì)和能量代謝過(guò)程也很相似。通過(guò)對(duì)不同生物體起相同作用的蛋白質(zhì)或核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，親緣越近其結(jié)構(gòu)越相似，這說(shuō)明蛋白質(zhì)和核酸也在不斷進(jìn)化著。

根據(jù)對(duì)不同蛋白質(zhì)進(jìn)化速率的研究表明，生物體中，越是共同的蛋白質(zhì)，其保守性越強(qiáng)、進(jìn)化速率越慢；越是趨異性的蛋白質(zhì)，其保守性越弱，進(jìn)化速率越快。蛋白質(zhì)分子的進(jìn)化只能從表型上證明生物進(jìn)化發(fā)展的歷程，在分子水平上探討進(jìn)化的機(jī)理，更直接的方法是分析遺傳物質(zhì)本身--核酸。

愈是高等的生物，其DNA含量愈高

在進(jìn)化過(guò)程中，生物體細(xì)胞中的DNA含量是逐漸增加的。大腸桿菌作為比較進(jìn)化的原核生物，其DNA的含量為4×106個(gè)核苷酸對(duì)，能編碼4000個(gè)基因。而哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞中基因組的DNA含量約為×109個(gè)核苷酸對(duì)，如果全部用來(lái)編碼基因，則基因含量為300萬(wàn)個(gè)。生物由簡(jiǎn)單的類型進(jìn)化到復(fù)雜的類型，其DNA含量的增加是一個(gè)很重要的直接證據(jù)。

從總的進(jìn)化趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，愈是高等的生物，其DNA含量愈高。但是DNA的含量不一定總是與生物的復(fù)雜程度成正比。因?yàn)镈NA中有很多是不編碼的重復(fù)順序，重復(fù)順序的多少與進(jìn)化程度沒(méi)有直接的相關(guān)性。但基因的數(shù)量與生物的復(fù)雜程度必然是相關(guān)的，因?yàn)楦叨劝l(fā)展、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物要維持它的生命活動(dòng)和繁衍它的種族，就需要有大量的基因。事實(shí)上，很多基因只存在于高等的生物中，如血紅蛋白質(zhì)基因和免疫球蛋白基因等。

基因擴(kuò)增的兩種類型在生物進(jìn)化的歷程中，基因數(shù)量的擴(kuò)增與生物進(jìn)化的復(fù)雜程度是一致的?；虻臄U(kuò)增有兩種類型；一是原有基因數(shù)量的壙增，即重復(fù)基因的產(chǎn)生；二是新基因的擴(kuò)增，即由于堿基對(duì)突變、等位基因的不等位交換等原因產(chǎn)生生理生化功能與原基因不同的新基因。

生命起源何處

關(guān)于生命的起源，意大利物理學(xué)家恩里科．弗米（EnricoFermi）曾提出過(guò)一個(gè)有名的設(shè)想。他認(rèn)為宇宙是很大的，它擁有無(wú)數(shù)的恒星，其中不少和我們太陽(yáng)系相似。我們生存的銀河系大概有1011個(gè)星球，而宇宙中要有1010個(gè)或更多的銀河系。很多恒星帶有行星，它們圍繞恒星運(yùn)動(dòng)著，有相當(dāng)一部分行星的表面上可能有液態(tài)的水，而且還有大氣圍繞。這些大氣是由碳、氮、氫、氧等元素的簡(jiǎn)單化合物所組成的。和我們的太陽(yáng)系一樣，由恒星發(fā)出能量，照射到它的行星的表面上，從而使那兒合成出很多種有機(jī)物，使海洋變成很稀的熱湯。這些化合物最后將在非常復(fù)雜的情況下互相發(fā)生作用，形成能夠自我繁殖的組織，也就是原始的生命。這些簡(jiǎn)單的生命能夠依照物競(jìng)天擇的自然規(guī)律逐漸進(jìn)化到能夠活動(dòng)及思考的生物，于是文明科學(xué)、技術(shù)接踵而來(lái)，隨后該行星的整個(gè)環(huán)境都會(huì)為其所控制。他們還想旅行到附近的行星和其他星系的行星上去，以便征服其他星球。他們邊探測(cè)邊前進(jìn)甚至發(fā)展到整個(gè)銀河系。

大多數(shù)人會(huì)同意費(fèi)米的上述論點(diǎn)的，但困難在于能對(duì)上述一個(gè)步驟發(fā)生的機(jī)率給予確切的估計(jì)。我們還沒(méi)有很好的證據(jù)說(shuō)別的恒星也帶有行星，雖然似乎很可能。倘若的確有行星存在，其中的某幾個(gè)可能有適合的環(huán)境足以產(chǎn)生好的“湯”，即水里各種簡(jiǎn)單的有機(jī)物混合形成的湯，從湯生成原始的、化學(xué)的和可以自己繁殖的體系。

即使上述情況業(yè)已產(chǎn)生，我們還不清楚它要經(jīng)過(guò)怎樣的衍化過(guò)程或者確切需要多長(zhǎng)時(shí)間才能演變成為具有高度文明的高等生物，也不清楚這種生物是否真能探測(cè)宇宙以及它們能成功地運(yùn)行多么遠(yuǎn)的距離。這些都還沒(méi)有人去實(shí)踐。在費(fèi)米的劇本里也許的確可以發(fā)生這些劇情，便有些事可能進(jìn)行很慢，有些則不會(huì)發(fā)生。這可以解釋為太遠(yuǎn)了，以至于現(xiàn)在我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)外星人來(lái)訪地球。

上世紀(jì)的下半期，有另一種關(guān)于生命來(lái)源的說(shuō)法，這是一位瑞典物理學(xué)家阿列紐斯（Arrhenjus）提出的。他說(shuō)：生命不是在地球上自生的，而是以微生物種子的形式從太空中飄送過(guò)來(lái)的。這種原始孢子來(lái)源于別的星球，它們可能是受到入射光的壓力輕輕地被推到我們這個(gè)地球上來(lái)的。他稱這種理論為生源說(shuō)（Panspemia），意即“隨處都有的種子”。但在目前這種意見(jiàn)未能被人們所接受，因?yàn)殒咦釉诳臻g經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間，早會(huì)被射線所破壞，不可能飄到地球上來(lái)。

我將探索由我及萊斯利．奧格爾（LeslieOrgel）在幾年前提出的生源說(shuō)的一種方式：假定這些微生物是由外星球上更高文明的人在幾十億年以前所發(fā)送的，為了避免受傷害，它們被裝載在一艘無(wú)人駕駛的宇宙飛船上，可以發(fā)送得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，要多遠(yuǎn)就多遠(yuǎn)。當(dāng)這些微生物一旦被丟在原始海洋里，生命就此開(kāi)始而繁衍。這種所謂定向生源說(shuō)的設(shè)想登載在一本名叫《Icarus》的空間雜志上，這一設(shè)想不是新東西，早在1954年J．B．S霍耳丹（