青少年应该知道的进化/青少年科普图书馆

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细胞大家都听过，它是由细胞膜包围着含有细胞核或拟核的原生质所 组成的，是生物体的结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。 一言以蔽之，没有细胞就没有生命。由此，我们要研究生物的进化就得必 须了解细胞的一些知识。细胞的演化是生物进化的大背景，细胞的演化史 伴随着生物的进化史。细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系 统发育的基础，它是遗传的基本单位。从地球生命的产生到人类的出现和 发展，细胞扮演着重要的角色，在这漫长的大约35亿年中，生物进化史既 是系统发育的历史，又是不断适应环境、扩大生存空间的过程。下面我们 本着简单和循序渐进的原则讲讲细胞演化的历史。 1.从无机物到有机物 生命的起源一般认为是物质从无机物到有机物演化而来的。 上一节我们讲到了地球原始大气，地球原始大气富含甲烷、氨、二氧 化碳、水汽等，这些气体在外界高能，诸如紫外线、闪电、高温的作用下 ，首先合成氨基酸、脂肪酸等小分子有机化合物。这些小分子有机化合物 ，在适当的条件下，可以进一步结合成更复杂的蛋白质、核酸等大分子有 机物质，然后在合适的条件下经过进一步演化，终于产生了能够不断地进 行自我更新的、结构非常复杂的多分子体系。至此为止，原始生命诞生了 ！ 当非细胞形态的原始生命在地球上出现时，由于大气中仍然缺氧，因 此，它们一定是厌氧和异养类型。从上一节我们知道，地球约形成于距今 46亿年前，从澳大利亚发现的距今35亿年的瓦拉翁纳群中的丝状细菌化石 表明，生命的起源亦即化学演化过程，应发生在地球形成后约11亿年。生 命的产生是地球演化史上的一次最大的飞跃，具有重大意义，使得地球历 史从化学演化阶段推向生物演化阶段。 2.细胞膜的出现 据科学推测，最初的生命应是非细胞形态的生命，为了保证有机体与 外界正常的物质交换，原始生命在演化过程中，形成了细胞膜，出现了细 胞结构的原核生物。细胞是生命的结构单元、功能单元和生殖单元，细胞 的产生是生命史上的又一次重大的飞跃。当前，地球上发现最早具细胞结 构的可靠化石是瓦拉翁纳群中的丝状细菌化石。 3.从异养到自养 随着时间的推移，地球上最早出现的异养型原核生物细菌，经过不断 地分化和发展，终于又出现了能够进行光合作用、从无机物合成有机养料 的自养型原核生物一蓝藻。蓝藻和细菌作为早期生物界的合成者和分解者 ，组成物质循环的两个基本环节，形成了一个完整的生态系统。从异养到 自养是早期生物演化的另一次重大的飞跃。 4.从厌氧细胞到喜氧细胞 蓝藻是最早出现的放氧生物，使得地球上原始大气中氧气浓度不断增 加，形成含氧大气层，基于这一点，我们可以说，蓝藻对后面的喜氧生物 功不可没。在高空出现的臭氧层，吸收了太阳的紫外辐射，改变了整个生 态环境，为喜氧生物提供了有利的生活环境。于是，生物便由厌氧转入喜 氧，提高了能量代谢的效能。在加拿大甘弗林组中，发现了完好的距今约 20亿年的细菌和蓝藻化石。 5.从原核细胞到真核细胞 从原核到真核是生物演化从简单到复杂的转折点，具有里程碑式的意 义。最早具细胞的生物是单细胞原核生物。原核细胞没有核膜，没有细胞 器，结构简单。真核细胞具有核膜，整个细胞分化为细胞核、细胞质和细 胞膜三部分，细胞核内具有染色体，成为遗传中心，细胞质内进行蛋白质 合成，成为代谢中心。由于细胞结构的复杂化，增强了变异性，使得真核 生物能够向高级体制发展。现已发现了距今约13亿年的美国加利福尼亚的 贝克泉组的白云岩中的原核蓝藻和真核绿藻。绿藻还发现于距今约10亿年 的澳大利亚的苦泉组。绿藻是最早具有真核的生物。 6.三足鼎立 随着真核生物的出现，动、植物开始“分道扬镳”。动物的出现，形 成了一个新的生态系统三足鼎立的三极格局。 绿色植物，即真核植物和原核蓝藻通过叶绿素光合作用制造食物，是 自然界的生产者。细菌和真菌，是自然界的分解者。动物，是自然界的消 费者。它们环环相扣，缺一不可。 地史上最早的动物化石是距今6～7亿年的澳大利亚的伊迪卡拉动物群 ，其中以腔肠动物的似水母类、海鳃类、环节动物和少量节肢动物为主。 还有一部分分类位置未定的疑难化石，很可能代表地史上曾经“昙花一现 ”的类群。从动物的分化水平看，伊迪卡拉动物群已是较后期的类型，不 是动物的原始代表。这标志着后生动物在元古宙早已出现，并经历了一段 相当长的分化演变过程。 早古生代在生物演化史上称为“海洋藻类时代”和“海洋无脊椎动物 时代”。起始于距今6亿年，延续了约1.7亿年。 而这个时候植物仍以海生藻类为主，但很难保存为完好的化石。由于 植物进化速度远较动物缓慢。早古生代植物界一直停留在藻类阶段。藻类 的大量繁育不仅为海洋无脊椎动物提供了丰富的食物资源，而且通过叶绿 素光合作用，放出氧气，为海洋无脊椎动物的发展，准备了有利的生活环 境。至此为止，细胞的演变到了明细的分化阶段，以植物和动物为两个大 板块。 P18-24