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，其早期是個熾熱的球體，根本談不上生命的發(fā)生，后來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)過了漫長的元素形成，化學(xué)進(jìn)化過程后，大約在４０億年前，最初的生命出現(xiàn)了，從此，漫長的生物進(jìn)化過程開始了。原始生命經(jīng)過不斷地發(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２００萬種。這些生物是什么時候開始在地球上出現(xiàn)的？在地球上生物漫長的進(jìn)化過程中，還出現(xiàn)過哪些生物？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。

地質(zhì)年代是指地殼上不同年代的巖石在形成過程中的時間和順序。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。生命開始發(fā)生

在地質(zhì)年代早期只有最簡單的生物，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。這說明現(xiàn)在的各種各樣的生物是漫長歷史的產(chǎn)物，生物經(jīng)歷了由簡單到雜、由水生到陸生、由低級到高級的演變過程。

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，它沒有葉，也沒有真正的根，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水。

在兩億多年前，由于劇烈的地殼運(yùn)動和氣候變化等原因，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，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)勢的類群。

動物的進(jìn)化

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

距今５億年至６億年間，是無脊椎動物繁盛的時代。后來，隨著動物不斷地進(jìn)化，海洋中出現(xiàn)了原始的魚類，這是低等的脊椎動物。在以后的若干萬年中，由于海面縮小和陸上水域分隔，某些古代的魚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。爬行類動物曾經(jīng)有過１億年左右的繁盛時期，那時地球上到處都是恐龍類等爬行動物。后來恐龍類等爬行動物大量消亡，由某些古代爬行動物進(jìn)化而成的鳥類和哺乳類，則隨被子植物的興起而逐漸繁盛起來，最終成為地球上最占優(yōu)勢的動物類群。

從地球開始形成到現(xiàn)在，經(jīng)歷了大約46億年的漫長歷程。如果把這漫長的歷史比作一天24小時，把午夜0時作為地球的誕生，生物進(jìn)化的歷程可以用24小時表示。這個時鐘每小時約合18750萬年，每分鐘約合萬年，每秒鐘約合萬年。在3：00開始化學(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水生動植物開始登陸：23：00高等的顯花植物和哺乳動物開始繁盛；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)都是由酶來催化的，它們的物質(zhì)和能量代謝過程也很相似。通過對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，這說明蛋白質(zhì)和核酸也在不斷進(jìn)化著。

根據(jù)對不同蛋白質(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個核苷酸對，能編碼4000個基因。而哺乳動物生殖細(xì)胞中基因組的DNA含量約為×109個核苷酸對，如果全部用來編碼基因，則基因含量為300萬個。生物由簡單的類型進(jìn)化到復(fù)雜的類型，其DNA含量的增加是一個很重要的直接證據(jù)。

從總的進(jìn)化趨勢來說，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。因為DNA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，因為高度發(fā)展、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物要維持它的生命活動和繁衍它的種族，就需要有大量的基因。事實上，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）曾提出過一個有名的設(shè)想。他認(rèn)為宇宙是很大的，它擁有無數(shù)的恒星，其中不少和我們太陽系相似。我們生存的銀河系大概有1011個星球，而宇宙中要有1010個或更多的銀河系。很多恒星帶有行星，它們圍繞恒星運(yùn)動著，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、氧等元素的簡單化合物所組成的。和我們的太陽系一樣，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。這些簡單的生命能夠依照物競天擇的自然規(guī)律逐漸進(jìn)化到能夠活動及思考的生物，于是文明科學(xué)、技術(shù)接踵而來，隨后該行星的整個環(huán)境都會為其所控制。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。他們邊探測邊前進(jìn)甚至發(fā)展到整個銀河系。

大多數(shù)人會同意費(fèi)米的上述論點(diǎn)的，但困難在于能對上述一個步驟發(fā)生的機(jī)率給予確切的估計。我們還沒有很好的證據(jù)說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，其中的某幾個可能有適合的環(huán)境足以產(chǎn)生好的“湯”，即水里各種簡單的有機(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)過怎樣的衍化過程或者確切需要多長時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。這些都還沒有人去實踐。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，有些則不會發(fā)生。這可以解釋為太遠(yuǎn)了，以至于現(xiàn)在我們還沒有發(fā)現(xiàn)外星人來訪地球。

上世紀(jì)的下半期，有另一種關(guān)于生命來源的說法，這是一位瑞典物理學(xué)家阿列紐斯（Arrhenjus）提出的。他說：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來的。這種原始孢子來源于別的星球，它們可能是受到入射光的壓力輕輕地被推到我們這個地球上來的。他稱這種理論為生源說（Panspemia），意即“隨處都有的種子”。但在目前這種意見未能被人們所接受，因為孢子在空間經(jīng)過很長的時間，早會被射線所破壞，不可能飄到地球上來。

我將探索由我及萊斯利．奧格爾（LeslieOrgel）在幾年前提出的生源說的一種方式：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，生命就此開始而繁衍。這種所謂定向生源說的設(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（