生物的进化

　　化石是生命进化过程的历史见证，目前最早的化石记录是30多亿年前地层中发现的原核生物化石。而在这以前最初的生命是非细胞形态的生命，当时生命所处的时代，是没有游离氧存在的，代谢方式只能是以周围环境的有机物为养料，依靠无氧呼吸的方式获取能量，为异养、厌氧型生物。以后，从非细胞形态的原始生命发展到原始细胞形态的生命，是生命发展历程中的新突破。标志着生命的进化已经从原始生命阶段发展到了原始的原核生物阶段。当地球早期积累的有机物随异养生物的消耗而减少时，突变和自然选择的结果，逐渐演化出自养型的生物——蓝藻类的原核生物。蓝藻通过光合作用合成有机物，是一个划时代的飞跃，标志着生物减少了对外界环境的依赖性，增强了自身的独立性。光合作用消耗大量二氧化碳，同时释放分子氧。地球大约在20亿年前出现氧气，且氧气含量达到了现在大气中氧含量的1%。氧含量的增加，为需氧型生物的产生创造了条件。这时的生物由异养生活过渡到自养生活，并从异养生物中分化出了自养生物，由无氧生活过渡到有氧生活，从厌氧生物中分化出好氧生物，使得新陈代谢的水平加强。

　　在我国河北距今13亿年前的地层中发现了保存相当好的红藻化石。

　　在澳大利亚10亿年前形成的地层中发现了单细胞绿藻化石，从这些化石上已经极其清楚地显示出细胞具有细胞核，已是真核细胞。虽然对真核细胞的起源，尚未有统一的学说，但是真核细胞的出现在生物进化历史上具有重要的意义。

　　其意义首先表现在：真核细胞在结构和机能上的复杂化，是生物类型多样化的基础。其次，由于有性生殖过程中的减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，所以说真核细胞的有丝分裂为有性生殖的产生奠定了基础。

　　总之，种群中的个体一代一代死亡，但基因库却在代代相传的过程中保持和发展。因此说，生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。所以说种群是进化的单位。

　　基因突变是可遗传变异的根本来源。这是因为基因突变可产生新基因(等位基因)，是基因频率改变的基础。

　　基因突变的特点有：

　　(1)普遍存在的;

　　(2)随机发生的;

　　(3)突变频率是很低的;

　　(4)多数对生物体是有害的;

　　(5)不定向的。

　　自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。

　　为什么还能够改变种群中的基因频率呢?这是因为种群都由许多个体组成，每个个体都有成千上万个基因，虽然每个基因的突变率很低，但每个种群的每一代都会产生大量的突变基因。例如，果蝇约有104万对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等数量的果蝇种群(约有108个个体)，每一代出现基因突变数是107个。说明种群中每一代产生的基因突变的数量是很大的，并通过繁殖得到积累是基因频率改变的基础。突变有利有害不是绝对的，是相对的。这取决于生物的生存环境。

　　基因重组与基因频率的改变有什么关系?由于基因突变是不定向的，突变的结果可产生相应的等位基因。如前所述，假如人的23对同源染色体上都有一对等位基因，通过减数分裂和受精作用，在后代中则可产生6?107个以上基因重组类型，使种群中出现大量的可遗传变异，从而使突变基因频率扩增。种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择和种群的繁殖使有利变异基因不断积累，不利变异基因逐代淘汰，使种群的基因频率发生了定向改变，导致生物朝一定方向缓慢进化。因此，定向的自然选择决定了生物进化的方向。

　　物种是指分布在一定的自然区域内，具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配和繁殖，并能够产生可育后代的一群生物个体。即物种是代代相传保持一个共同基因库的群体。骡子是马和驴的杂交后代，不能繁殖，原因是马和驴是两个物种。这一事实说明不同物种之间不能交配，或即使交配成功，也不能产生可育的后代，该现象称之为生殖隔离。区分物种的主要依据是有无生殖隔离。

　　生殖隔离(物种)形成的主要原因是什么?一个种群由于地理环境原因被分割成了许多个小的种群——这种隔离称为地理隔离。被地理条件隔开的小种群的基因组成或基因频率起初就不可能完全相同。由于突变是随机的，被分割的小种群可能会出现完全不同的突变。由于地理隔离，各种群间没有基因交流，因此一个种群中的突变自然不会引起另一种群的改变。由于地理隔离，各种群生活在不同的生态环境中，因而有不同的选择方向。即，不同种群选择保留下的基因不同，使分开的种群的基因库组成和基因频率产生了很大的差异。经过长期地理隔离，不同种群在形态特征。生活习性上有了显著的差异，若再次相遇仍能交配和繁殖可育后代，这样的不同种群称之为亚种。如，东北虎和华南虎属于不同的虎亚种。如果通过长期的地理隔离，使不同种群个体之间形成生殖隔离(不能发生基因交流)。新物种就产生了，如，加拉帕戈斯群岛上的14种地雀的形成过程，就是长期的地理隔离导致生殖隔离的结果。

　　因此说：物种形成的原因是突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节综合作用的结果。不同新物种形成的过程进行的十分缓慢，往往需要成千上万代甚至更长。

　　现代生物进化理论的基本观点是：进化的基本单位是种群。进化的实质是种群基因频率的改变。物种形成的基本环节是：突变和基因重组——提供进化的原材料;自然选择——基因频率定向改变，决定进化的方向;隔离——物种形成的必要条件

　　生命是怎样起源的

　　显科学认为，地球生命恐以碳化学为基础的，因此。把地球生命定义为“碳原子物质”。并认为构成字宙的时空和物质也同样是构成地球的时空和物质。而宇宙时空和物质之共性，决定宇宙生命之共性，因此，地球生命和外昆生命都是“碳原子物质”的蛋白质生命。

　　从化石资料的事实表明，有性生殖的生物出现以后，生物进化的步伐确实大大加快了。而现存的生物绝大多数都是进行有性生殖的。

　　生物的进化经历了漫长的岁月，随着生存环境的演变，低等生物逐渐向高等生物进化。从下表中我们可以较为清晰地看出生物进化的方向是：低等→高等;水生→陆生。

　　时间 环境 环境状况 生物种类

　　6亿年前 海洋 种类繁多的藻类植物和低等无脊椎动物

　　陆地 几乎没有生命，一片寂静

　　4亿年前 海洋 缩小 鱼类兴旺

　　陆地 扩大 出现原始蕨类植物，原始两栖类

　　3亿年前 陆地 气候温暖潮湿 蕨类植物繁盛，其中一些种类进化成裸子植物;两栖类兴旺，其中一些种类进化成爬行动物

　　248万年 陆地 高大山脉隆起、气候寒冷、干燥 原始哺乳动物。鸟类陆续出现，并极大发展，厥类植物大量死亡，被子植物出现并空前发展

　　生物的种类繁多;到目前为止，已经发现的生物大约有二百万种，早在1735年，瑞典博物学家林奈将生物界分为植物界和动物界。

　　植物 动物

　　运动 不能运动 能够运动

　　营养 光合作用　自养型 摄取有机物　异养型

　　按照林奈的两界说，像裸藻这样既可以借助于鞭毛的摆动运动，又可以通过叶绿体进行光合作用制造养料的生物，在分类系统中属于哪一界呢?显然，两界说不能将生物进行合理的分类。随着人们对不同类群生物的认识不断加深，目前，被广泛认同的是1969年美国学者魏泰克提出的五界说，五界说是依据真菌和植物在营养方式和结构上的差异，在生物分类的基础上创立的。

　　五界生物的主要特征

　　界 细胞类型 营养方式 细胞数目 运动特点 举例

　　原核生物界 原核细胞 自养或异养 单细胞或群体 多数不能运动，少数用鞭毛运动 细菌蓝藻

　　原生生物界 真核细胞 自养或异养 单细胞或群体 用鞭毛、纤毛或伪足运动 草履虫、衣藻、变形虫

　　真菌界 真核细胞 异养，吸收养料 单细胞或多细胞 绝大多数不能运动 酵母菌、蘑菇

　　植物界 真核细胞 自养，光合作用 多细胞 不能自由运动 葫芦藓、松、杨、桃

　　动物界 真核细胞 异养，摄取食物 多细胞 自由运动，但海葵、珊瑚等少数种类营固着生活 蚯蚓、蝗虫、鲫鱼、马

　　从五界生物的主要特征我们可以看出，生物主要经历了三大阶段：原核细胞阶段，真核单细胞阶段和真核多细胞阶段。而在真核多细胞中，有自养生活的植物，有异养生活的动物，还有分解者真菌。因而五界说较为客观实际，这是五界说的优点所在，成为被多数生物学家认同的学说。

　　但是五界说依然存在着不足，比如未能很好地安排非细胞生物——病毒，因此也有六界说之说。

　　人属于脊椎动物亚门、哺乳纲、灵长目、人科，与同目类人猿科(如黑猩猩、猩猩、大猩星)最相似，在血型、内脏、骨骼的结构和功能上都很相似。这些相似之处说明人与类人猿的亲缘关系很近。二者有着较近的共同祖先。随着科学的发展，这方面的研究已经不仅从外部形态、内部结构相似，而是深入到从分子水平进一步研究。如对蛋白质、核酸分子结构进行分析、比较。具体方法：对不同生物中细胞色素C(呼吸中重要蛋白质)中氨基酸(110个)组成的差异进行分析。

　　人与几种生物细胞色素C的氨基酸差异

　　生物 差异 生物 差异

　　黑猩猩 0 鲨鱼 23

　　猕猴 1 苍蝇 25

　　牛 10 小麦 35

　　龟 12 向日葵 38

　　鸡 13 酵母菌 44

　　再观察氨基酸序列程度排位后发现什么问题?根据差异程度推算出这些生物体在进化过程中分歧时间的早晚。人与猕猴之间差异小于人与鸡。因此分歧发生在人与鸡谱系间分歧之后。杂交基础是具有互补碱基序列的DNA分子可以通过碱基配对，而形成稳定的双链区。让来自不同种生物的两条DNA分子的单链放在一起进行杂交，其结果形成杂合双链部分越多，说明两种生物之间亲缘关系越近，反之关系越远。

　　人类适于两足直立行走，双手不再是行走器官，可以用来制造、使用工具，进化形成的许多形态结构特征与直立行走相适应。这些变化使人类祖先的大脑越来越发达，并逐渐产生语言，形成社会，人类从此不断发展起来。

　　大约在2300万年至1800万年前。在热带雨林地区和广阔的草原上，有一种古代灵长类动物——森林古猿活跃在那里，它们是人类最早的祖先。后来森林古猿不断分化和迁移，遂分化为罗摩猿和森林猿(湿婆猿)。

　　后来有人类学家在肯尼亚的特南堡上，找到了一种古猿化石，据说是腊玛古猿的化石，腊玛古猿生活在距今约1400万年到800万年之间，腊玛古猿在人类祖先演化的历史中具有很重要的地位，是人类从猿类中分化出来的第一阶。人类学家于1924年发现南方古猿的化石，地点是在南非金伯利亚以北，相传距今有500万年至150万年之间。它们还分为粗壮型和纤细型两种，一般认为：粗壮型是南方古猿发展中已经绝灭的旁支，而纤细型则是人类的祖先。然而1901年，荷兰籍医生、解剖学家杜布阿在爪哇梭罗河边发现了一种已绝灭了的生物的遗骨化石，它具有人和猿的两重生活构造特征。杜布阿把它命名为“直立猿人”，认为这是从猿到人的过渡阶段的中间环节之一。这一发现和命名立即在全世界引起了一场关于人类起源的激烈争论，这场争论一直到1929年12月发现了北京猿人才宣告结束。后来，我国科学家将同一进化程度的人类化石统称为猿人。猿人是从猿到人的过渡阶段的中间环节之一。

　　而生存在30万年至5万年内的智人则是我们的现代人类的祖先。据说智人有早期智人和晚期智人之分，早期智人又称为古人，晚期智人又称为新人。

　　从猿人开始，他们已懂得用火、并懂得用火将食物煮熟了吃。用一些石制的简单的工具，用来猎取和战斗。在漫长的历史岁月里，劳动创造了人，而物择天竞、弱肉强食和适者生存定律又使人类不断进化和优化。

　　这些方面的研究，是通过对发现的古人类化石进行的。到目前为止，世界各地发现的古人类化石，最早的不过四百多万年。(由于这些化石大多残缺不全，只能通过零碎头骨、颌骨、牙齿等等进行研究)经过科学家们的努力，从古人类形成到发展常分为四个阶段：南方古猿、能人、直立人、智人都是两足直立行走，特别是南方古猿其他性状大都像猿，由于两足直立行走所以属于人而不是猿。能人、直立人、智人也存在原始性状。随着人类祖先不断进化，他们身上的原始性状越来越少，逐渐形成人类的许多性状，特别是大脑日益发达，能制造、使用工具，获取生活资料，以适应不同的生活环境。

　　大规模地壳运动，使气候发生较大变化，在地形、气候巨变的影响下森林稀疏，林中空地扩大，被稀树草原取代。古猿由树栖生活转到地面，最终进化成人类;森林中古猿进化为类人猿。人类祖先由树上下到地面，身体结构发生了重大变化，由四肢行走转变为两足直立行走，增强生存能力。如身体重心下移，下肢骨骼增长，骨盆变短增宽，脊柱为S形，这些都与两足直立行走有关。两足直立行走是人和猿分界的一个重要标志