地球變化是生物進化的前提

生物并不是從來就有的，生物是由低級向高級、從簡單到復雜進化來的，那么最簡單、最低級的生物又是哪里來的呢？在科學還不發(fā)達的年代里，人們一直認為最簡單、最低級的生物是自然發(fā)生的。就像肉放久腐爛生蛆、糧放久了會生蟲、水里會生出微生物一樣。后來，隨著科學的發(fā)展，人們才逐步認識到原始的生命物質(zhì)來自于無生命的物質(zhì)。從無生命的無機物到有機物，再到生命的出現(xiàn)是通過一系列化學變化才形成原始的生命物質(zhì)，這就是生命的化學進化。

一、地球的形成和變化

原來地球上并沒有生物，地球形成后，地球表面的溫度不斷發(fā)生變化，隨著地球的溫度變化逐漸產(chǎn)生原始生命。生物進化的歷史是和地球變化的歷史相聯(lián)系的。

地球是太陽系的一員，它的誕生是和整個太陽系的誕生分不開的，大約在46億年前，形成了太陽系，也產(chǎn)生了地球。

地球的構(gòu)造

地球是由地殼、地幔和地核構(gòu)成的，地球表面以上的各圈層包括大氣圈、水圈、生物圈。如果把地球比作雞蛋，地殼就是蛋殼，地幔就是蛋白，地核就是蛋黃。自地球形成以來，地殼就一直在運動著、變化著。地殼的運動雖然極其緩慢，也會使地球表面發(fā)生變化。地殼的巖石形成也有先有后，由于地球變化非常緩慢，所以生物進化年代不是以年月來劃分的，而是用宙、代、紀、世、期來劃分。地球的地層也相應由宇、宙、系、統(tǒng)、層來表示。地質(zhì)年代的“宙”是以是否出現(xiàn)生命作為劃分界限的。

我們賴以生存的地球誕生于距今約46億年以前，當時的地球是怎樣形成的？就這個問題，人們一直為此苦苦追尋，但到現(xiàn)在為止，仍然說法不一，還有待進一步探索。地球的形成，也就是太陽系的形成，兩者是密不可分的，這里簡單介紹兩類觀點：

一類是演化說，主要觀點認為太陽系是有條不紊地逐漸演變而形成的。1796年，法國著名學者拉普拉斯提出了星云學說，他認為形成地球和太陽系的原始星云，最初是一個球形，它具有很高的溫度，緩慢地旋轉(zhuǎn)著。由于熾熱的星云逐漸冷卻、收縮，從而旋轉(zhuǎn)加快，隨之赤道部分的離心力也就越來越大，于是拋出一個又一個的氣體環(huán)，圍繞著星云中心旋轉(zhuǎn)，最后中心部分就形成了太陽。各個環(huán)的物質(zhì)破裂，凝集成圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星。同樣，組成行星的星云體也生成環(huán)，環(huán)破裂而形成衛(wèi)星，這樣就形成了整個太陽系。

另一類是災變說，主要觀點認為太陽系是一次激烈的偶然突變而產(chǎn)生的。20世紀初，英國金斯提出的潮汐說影響最大。這個假說認為在幾十億年以前，突然有一顆恒星向太陽駛來，當它到達太陽附近時，由于它的巨大引力作用，從太陽表面吸引出去一股像雪茄形狀的巨大氣體流，就在太陽表面引起潮汐。恒星過后，這股潮汐物質(zhì)離開太陽，逐漸冷卻、凝聚而成為九大行星。

按星云學說，地球作為一顆行星，遠在46億年以前，與太陽及其他行星共同起源于原始太陽星云，同其他行星一樣，地球也經(jīng)歷了吸引、碰撞這樣一些物理演化過程。

地球胎形成伊始，溫度較低，各種物質(zhì)混雜在一起，并無分層結(jié)構(gòu)，是一個接近均質(zhì)的球體，表面也沒有海洋，原始大氣已逃逸殆盡，更談不上有什么生物，這種物質(zhì)的現(xiàn)象是相對的、暫時的。毫無阻擋的地球胎在大量隕石的頻繁轟擊下，尤其是內(nèi)部放射性物質(zhì)的衰變放熱，以及原始地球的重力收縮，地球內(nèi)部溫度逐漸升高，大約在距今4．5億年前后這段時間內(nèi)，地球內(nèi)部溫度已很高（有人估計這時內(nèi)部溫度大約為1500開氏度～2000開氏度，這個溫度足以使鐵熔化）。隨著溫度的升高，地球內(nèi)部的物質(zhì)也就具有越來越大的可塑性，并出現(xiàn)局部熔融現(xiàn)象。這時物質(zhì)在重力的作用下開始分離，地球外部較重的物質(zhì)逐漸下沉，地球內(nèi)部的較輕物質(zhì)逐漸上升，一些重的元素沉到地球中心，逐步形成一個密度較大的地核，比重小些的元素構(gòu)成包圍在地核外面的地幔，組成地幔的物質(zhì)也有輕重的差別，它們又進一步分化，較輕的元素從地幔中分離出來，上升形成地殼。正是由于物質(zhì)的對流伴隨著大規(guī)模的化學分離，最后使地球逐漸形成了地核、地幔和地殼等內(nèi)部圈層。

地球外部圈層中的大氣層形成不是來源于原始太陽星云，因為在地球胎形成時，其外圍的原始大氣已逃逸殆盡，不存在包圍在外的大氣層。那現(xiàn)在大氣圈中的大氣怎么來的呢？在地球演化過程中，伴隨著地球內(nèi)部物質(zhì)的分離和重新組合，原先存在于地球內(nèi)部的各種氣體隨巖漿一起被噴出地面，在地球引力作用下，陸續(xù)被噴出的大量氣體聚集在地球周圍形成原始大氣，它的成分主要是一氧化碳、甲烷、氫、氨和水汽，那時還沒有氧。只有在大氣圈上層的水蒸氣被高能紫外線的輻射分解后，才產(chǎn)生少量的氧，其數(shù)量不超過今天大氣中氧含量的0．1%。地球上的生命物質(zhì)最初是在沒有氧的情況下產(chǎn)生出來的，那時氧對生命物質(zhì)還是一種有害的東西。后來，當?shù)厍蛏铣霈F(xiàn)綠色植物后，它們利用陽光作能源，大氣中的二氧化碳為原料，通過光合作用制造養(yǎng)料組成自己的機體，然后把氧作為廢物排出體外，空氣中的游離氧越來越多，從而為多細胞生物的出現(xiàn)打下基礎，正是在各個圈層的相互作用下，原始大氣逐步發(fā)展成現(xiàn)代大氣。

水是在大氣的基礎上形成的，放射性元素衰變放熱等因素使地球內(nèi)部溫度升高后，地球內(nèi)部的結(jié)晶水也隨之汽化，火山噴出的氣體中有60%～90%是水蒸汽，原始地球中的水蒸汽隨同其他氣體上升到地面后，成了原始大氣圈的組成部分。后來由于地表溫度逐步降低，飄忽在大氣中的水蒸汽漸漸凝結(jié)成水滴，以降雨形式落到地面。經(jīng)過降落、蒸發(fā)、再降落這樣反反復復的過程，地表溫度進一步降低，空氣中的水蒸汽愈來愈少，地面上的液態(tài)水愈來愈多。降落到地面上的液態(tài)水，一部分滲透到巖石里成為地下水；一部分匯集在大大小小的隙谷中，形成潺潺溪流和滔滔江河；更多的則隨著地殼的變動蓄積在它所造成的洼地中，成為地球上最早的巨大水體——原始海洋。它們共同構(gòu)成了地球上的原始水圈。水圈剛剛形成時，由于氯化氫被溶解在水中，因此，當時的海水不是咸的，而是酸性很強的水體。后來由于各個圈層的相互作用，溶解在水中的酸漸漸被中和，各種鹽類不斷增加，才使海水慢慢具有了今天的特征。

原始海洋

地球內(nèi)、外部圈層的分化，特別是原始大氣圈和原始水圈的先后形成，為生命的產(chǎn)生創(chuàng)造了先決條件。在此基礎上，地上原先僅有的無機物通過化學演化的途徑，經(jīng)過漫長的曲折的演化過程，終于在約30多億年前孕育誕生了原始生命，之后，原始生命又在與外界環(huán)境長期的相互作用過程中，不斷繁衍進化，形成了繁榮的生物圈，從而使地球在太陽系中、甚至在整個銀河系中處于一種獨特的地位。

人類絕大部分的生產(chǎn)、生活活動是落實在地殼上，所以地殼對人類最重要。

地殼有一部漫長的、不斷變化、不斷發(fā)展的歷史。人們根據(jù)地層順序、生物演化階段、地殼運動和巖石的年齡等，把地球的歷史分成五個代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代，每個代又分為若干個紀。

太古代地形

距今最遠的是太古代，當時的地殼是一個混沌初開的世界，幾乎一片汪洋，陸地很少。

海洋里分散著一些火山島，陸地上只有些禿山，一片荒涼。地殼的厚度不大，不像現(xiàn)在的堅固和復雜，所以地下的巖漿不斷地從裂縫或地殼薄弱的地方噴出。到處硝煙彌漫，火光沖天，更多的火山是在海底噴發(fā)，灼熱的巖漿和海水進行了驚天動地的水火搏斗，冷凝的巖漿逐漸堆砌而終于露出海面成為一些島嶼，使陸地面積逐漸擴大。隨巖漿活動，組成地殼的巖層時常發(fā)生彎曲和斷裂。地球被二氧化碳含量很高的大氣籠罩，大氣中經(jīng)常電閃雷鳴，很不平靜。我國的泰山在此時有幸屹立在海面之上，它歷經(jīng)十幾億年的風吹雨打，幾度沉浮，早已成為一位彎腰曲背、布滿皺紋的山脈老人了。

在太古代的海洋中，只有少量的低等原始生物。從元古代起，海洋中已有原始無脊椎動物和海生藻類出現(xiàn)，這種簡單原始動物，由于沒有較硬的外殼，所以很難保存下來成為化石，這就使人類對這兩個地質(zhì)時代的了解增加了很大困難。到元古代晚期，海生藻類進一步發(fā)展，而陸地上基本上還是光禿禿的，沒有生物出現(xiàn)。元古代時，現(xiàn)在的陸地仍大部分被海洋占據(jù)，到了晚期出現(xiàn)了若干大片陸地。

古生代是地球發(fā)展史上的一個重要階段，古生代包括六個“紀”，通常把其中的寒武紀、奧陶紀和志留紀稱為“早古生代”，把泥盆紀、石炭紀和二疊紀稱為“晚古生代”。

早古生代距今約4億～6億年。這時的地殼進一步穩(wěn)定，海洋面積仍然很大，并出現(xiàn)了廣闊的淺海環(huán)境，在這種情況下，海生生物繁盛起來。在植物方面，海洋藻類空前發(fā)展，形成“海洋藻類時代”。在動物方面，無脊椎動物在海洋里大量出現(xiàn)，主要有三葉蟲、筆石、珊瑚等。因此，這個階段也叫做“海洋無脊椎動物時代”。

晚古生代距今約2億～4億年，泥盆紀時，在植物方面，沿海一帶裸蕨類相當茂盛，所以把泥盆紀稱為“裸蕨類時代”。到了石炭紀和二疊紀時，許多地區(qū)的氣候變得溫暖濕潤，沼澤環(huán)境廣布，蘆木、鱗木、封印木等蕨類植物空前繁盛，有的高達50多米，因此把這二疊紀叫“蕨類時代”。這些高大茂密的森林，后來變成了大片的煤田。在動物方面，到泥盆紀時，有大量的原始魚類出現(xiàn)，所以又把泥盆紀叫做“魚類時代”。到泥盆紀末期，許多淺海變成沼澤地和陸地，魚類遂向兩棲類過渡，生物開始向陸地進軍。到二疊紀時，兩棲類得到空前發(fā)展，所以又把二疊紀叫做“兩棲類時代”。到二疊紀晚期，氣候開始變干，動物就從兩棲類向爬行類過渡了。

中生代包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀，是地球歷史發(fā)展的又一重要階段。歷時約1．6億年。

晚古生代末期，由于地理和氣候發(fā)生顯著變化，這時裸子植物得到進一步發(fā)展，如銀杏、松柏和蘇鐵等代替了蕨類植物。到侏羅紀，裸子植物到達極盛時期，動物界中恐龍大發(fā)展?？梢姡搅酥猩阕又参锎媪随咦又参?，爬行動物代替了兩棲類動物。這樣中生代就稱為“裸子植物和爬行動物時代”。中生代由于有這樣繁榮的植物和巨大的動物，后來就變成了許多巨大的煤田和油田。

中生代三疊紀

新生代包括第三紀和第四紀，它是地殼歷史最新的一個階段，時間最短，距今只有7000萬年左右，這時地球上的自然地理環(huán)境和生物界面貌已經(jīng)和現(xiàn)在相似。在植物界，被子植物大發(fā)展，所以新生代也叫做“被子植物時代”。這時在熱帶和溫帶出現(xiàn)了大片的熱帶常綠林和溫帶落葉林。后因氣候變冷變干，在亞歐大陸腹地森林面積逐漸縮小，被草原植物所代替，發(fā)生了大規(guī)模的森林草原化現(xiàn)象。在動物界，哺乳動物空前繁盛，各種食草動物和食肉動物都得到迅速發(fā)展，所以又把新生代叫做“哺乳類時代”。

侏羅紀

自然界中生物的大發(fā)展，終于導致改造自然的高級動物——人類的出現(xiàn)，古猿逐漸演化成現(xiàn)代人，關于人類的出現(xiàn)，一般認為是在第四紀，距今約有200萬年左右的歷史。

我們的地球就是這樣從天文時期，經(jīng)過太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五個地質(zhì)時期一直演化到現(xiàn)在，逐漸形成今天的面貌?，F(xiàn)在，我們的地球上，有一望無際的波濤洶涌的海洋，有高峰插云的崇山峻嶺，有河網(wǎng)交錯的平原沃野，有炎熱多雨的熱帶森林，有飛沙走石的戈壁沙漠，有千里冰封的巨大冰原，而且還生長著各種植物和動物，呈現(xiàn)出一派豐富多彩的壯麗景象。這都是數(shù)十億年來長期演化的結(jié)果。

二、生物的生存和進化與環(huán)境有關

生物與環(huán)境是不可分割的，生物的存在與進化離不開一定的環(huán)境。而生物的生存又影響環(huán)境的變化，大量的事實說明，生物與一定的環(huán)境變化有關。生物的存在和進化離不開一定的溫度。從地球的一極到赤道，隨著溫度的變化，動植物的分布也發(fā)生明顯變化。極地終年覆蓋著冰雪，氣候寒冷，幾乎沒有植物生長，隨著緯度的降低，氣溫逐漸升高，才逐漸出現(xiàn)苔原、低矮的灌木叢、針葉林、落葉闊葉林，到了赤道附近，則是常綠闊葉林。例如山地，自上而下在不同的高度上的植物分布帶幾乎和地球平面上由低緯度到高緯度所引起的變化一樣。經(jīng)考察、高山的高度上升1000公尺和地面向北推1000公里基本相同。這種現(xiàn)象并不是巧合，而是非生物因素的溫度影響造成的。我國各類動物的分布也與溫度密切有關。動植物的生存、進化除了與溫度有關外，另外陽光、水、空氣、土質(zhì)等與生物的生存和進化也有密切關系。陽光是生物生長、發(fā)育和繁殖進行生理活動的最基本的能源，絕大部分植樹是通過陽光進行光合作用，絕大多數(shù)動物和微生物都以陽光為生存能源。而水幾乎占了生物體的90%。任何生物都離不開水，水是生物生理活動的基本物質(zhì)。空氣也是生物時刻不可缺少的。生物要交換空氣，進行生理循環(huán)沒有空氣是不行的。土壤等物質(zhì)條件也是生物必不可少的生存和進化的條件。

由此，可以看出，生物的生存和進化與環(huán)境是密切聯(lián)系的。研究生物進化要從環(huán)境著手。

三、地球表面有機化合物的形成

在地球形成的初期，整個地球是混沌一片。表面沒有大氣，也沒有水，是一個溫度很高的星球。那時候，地球表面火山遍地、巖漿橫流、塵煙蔽日。后來，一些生命必需的元素如氫、氧、碳、磷等的化合物隨火山噴發(fā)而逸出地表，由于高溫形成的水蒸氣在地表受冷又變成滂沱大雨，慢慢形成了原始的海湖江河。從地下噴出的大量氣體逐漸組成了原始的大氣圈?；鹕絿姲l(fā)出火紅的巖漿把海水煮得沸騰，暴雨不斷把大量的泥沙帶到低洼的地方。大量的宇宙線、太陽輻射線以及地球內(nèi)部釋放出來的熱能又促使原始氣層和地球表面的物質(zhì)進行劇烈的分解和化合。隨著地球表面溫度的不斷下降，地球面才生成了氨基酸、單糖、有機堿等低分子有機化合物。這些有機化合物溶解在水里，流入大海，流入湖泊，由于沒有生物去消耗這些有機物，就逐漸聚積起來。

低級有機化合物有的在江河湖泊中會受到太陽輻射能和宇宙射線的破壞，而那些積聚在海洋中層的那些有機物，它們可以不受海面上射線的破壞，也不受海底射線的影響。這些低分子有機化合物經(jīng)過長期的積累就會發(fā)生質(zhì)的變化，形成更高級的有機化合物，最后終于形成了像蛋白質(zhì)、核酸這樣高級的物質(zhì)群。

蛋白質(zhì)和核酸的形成，為生命的出現(xiàn)提供了可能，這是生命出現(xiàn)的前提。

四、生物的化學進化

生物的化學進化是在海洋中進行的。原始的海洋和現(xiàn)在的海洋不同，原始海洋里鹽分很少。蛋白質(zhì)、核酸、多糖、類脂等高級有機物在原始海洋里越聚越多。通過長期的蒸發(fā)、冰凍、吸附、團聚的作用，使它們又濃縮形成一種多分子體系。多分子體系有機物出現(xiàn)，是向有生命力細胞進化的關鍵性一步。

多分子體系在海水和陽光、空氣作用下，形成一層最原始的界膜，通過界膜使有機體和周圍海水分開，多分子體系又通過界膜從外部吸收自身所需補充的物質(zhì)，又排泄出廢物。這種物質(zhì)交換就是最原始的新陳代謝。有了界膜的多分子體系由于有了最原始的新陳代謝，不僅使自身能保存下來，而且進一步形成了自我繁殖的能力，這就是最初的原始生命。這是生命進化史上的一次質(zhì)的飛躍。

五、生命的出現(xiàn)和意義

帶有界膜的原始生命出現(xiàn)后，由于地球溫度仍很高又嚴重缺氧，這些原始生命的存在受到很大威脅，它們只能生活在海洋中。后來由于大自然的雷電和太陽紫外線的作用，產(chǎn)生了大量的臭氧。逐漸在地球表面形成了臭氧層，臭氧層的形成為原始生命的存在與進化創(chuàng)造了條件。大約在40億年以前，經(jīng)過漫長的演化，原始生命內(nèi)部構(gòu)造也發(fā)生了復雜變化，逐漸產(chǎn)生了細胞。細胞的出現(xiàn)，原始生命的化學進化就轉(zhuǎn)變成生物進化了。細胞的出現(xiàn)，是生命形成的標志，是生命進化史上的又一次質(zhì)的飛躍，但原始細胞還沒有真正的細胞核，大約在15億年前，地球上才出現(xiàn)了具有真正細胞核的真核細胞。

細胞的形成，意味著生命的形成。地球是生命的源頭。從地球表面有機化合物的形成，到生物的化學進化出現(xiàn)細胞，這只是生命的形成，生命形成后，生物進化并沒有停止。帶有界膜的原始生命經(jīng)過漫長的進化成為細胞后的進化，就是生物進化。從原始的單細胞生物逐漸演化為多細胞的生物以至最高等生物的整個歷程都屬于生物進化階段。生物的化學進化是生命的起源，要研究生物的進化必須首先從生命起源著手，研究生命的起源對于研究生物的進化有著決定性意義，只有從生命起源著手，才能徹底粉碎唯心主義的神創(chuàng)論，才能解開生命之謎。

生命是由于化學進化形成的，這已被科學證明。在現(xiàn)代科學中，用模擬原始地球條件的方法，在實驗室內(nèi)用簡單的無機化合物和有機化合物合成復雜的高分子化合物。由此可以判斷出從無機物轉(zhuǎn)化為有機物是可能的。從有機小分子向類似蛋白質(zhì)和核酸高分子化合物的轉(zhuǎn)化也是可能的。自然界從無機走向有機，從有機的化學進化而形成生命也是可能的。這也是合乎自然規(guī)律的。如美國學者米勒在1953年用甲烷、氨水、蒸氣等，通過火花放電成功地合成氨基酸。一些國家的科學家已經(jīng)制造出類似蛋白質(zhì)和核酸的物質(zhì)。我國科學工作者在1965年就成功地合成結(jié)晶牛胰島素。這種人工合成的蛋白質(zhì)含有51個氨基酸。

從大量的化學試驗來看，生命起源有四個階段。

第一階段：從無機小分子物質(zhì)生成有機小分子物質(zhì)，這主要是因為地球火山造地運動后，原始地球由原來熾熱的球體開始冷卻，地表大氣中有大量的氨、水蒸氣、二氧化碳等：由于沒有游離氧而合成為有機小分子物質(zhì)。這一階段有三個合成過程：

1．地核噴出的碳化物＋水蒸氣→碳氫化合物。如甲烷、乙炔等。

2．碳氫化合物＋水＋氨，在適當?shù)臏囟认律筛訌碗s的有機物，如氰化氫等。

3．甲烷、氨、氮、氫、水蒸氣、二氧化碳、氰化氫等混合物在外界宇宙射線、紫外線、閃電等高能作用下，逐漸形成氨基酸、單糖、核苷酸等生命必需的原生質(zhì)。

第二階段：從有機小分子物質(zhì)形成有機高分子物質(zhì)。

在第一階段生成的小分子有機物通過雨水作用，經(jīng)由江河湖泊匯聚海洋，這些有機物的不斷積聚增多，慢慢發(fā)生化學變化。

氨基酸——經(jīng)過綜合作用——生成原始蛋白質(zhì)分子。

核苷酸——經(jīng)過長期的聚合作用——生成原始核酸分子。

第三階段：從有機高分子組成多分子體系。

在海洋中形成的蛋白質(zhì)和核酸分子由于沒有生物的消耗而越聚越多。這樣，有機高分子由于多種原因和濃縮作用，聚集的有機高分子物質(zhì)就形成了團聚體或微球體。

第四階段：從多分子體系演變?yōu)樵忌⒂袡C體。

現(xiàn)代科學目前還不能人工合成細胞，但已能合成細胞的生命物質(zhì)。由此可以推論，生命體是由多分子體系經(jīng)過長期的化學進化形成的多分子體系的原始新陳代謝作用和繁殖才形成原始的生命物質(zhì)。

生命起源于地球變化而引起無機物向有機物的化學進化，有機化合物的長期化學進化才出現(xiàn)了生命。這就徹底粉碎了唯心主義的神創(chuàng)論，也有力批駁了生命自發(fā)論的錯誤觀點。