水生低等生物的進(jìn)化_生命的探索

水生低等生物的進(jìn)化

海洋是生命的搖籃，低等的微生物是在海洋中形成的。由于地球的變化，低級(jí)有機(jī)物形成了原生質(zhì)，長期聚集和變化而形成細(xì)胞，這樣原始的微生物就形成了。那么低等的原始微生物又是如何進(jìn)化成植物和動(dòng)物的呢？究竟是先有植物還是先有動(dòng)物呢？這是生物進(jìn)化中十分令人感興趣的問題。

前面我們已簡(jiǎn)單地介紹了生物進(jìn)化的過程，原始生物是自養(yǎng)和異養(yǎng)都有。這種生物雖兼有動(dòng)物和植物的特征，但原始生物既不是動(dòng)物也不是植物，而是低等微生物。在海洋有機(jī)物供應(yīng)緊張的條件下，原始生物在自然選擇中開始分化，一類向自養(yǎng)方向發(fā)展，運(yùn)動(dòng)機(jī)能逐漸衰退而進(jìn)化為植物，一類向異養(yǎng)方向發(fā)展，運(yùn)動(dòng)機(jī)能和運(yùn)動(dòng)器官向攝取食物發(fā)展而進(jìn)化成為動(dòng)物。原生的植物和原生的動(dòng)物都是在海洋中分化而成的，所以最初的低等植物和低等動(dòng)物都是生活在海洋里，要研究植物和動(dòng)物進(jìn)化的歷程，也應(yīng)當(dāng)從水生的低等植物和動(dòng)物開始。

從進(jìn)化過程來看，植物和動(dòng)物都是由低等原始生物分化來的，但從出現(xiàn)的時(shí)間先后來看，是先分化出植物，后分化出動(dòng)物。原始的原核生物藍(lán)藻已經(jīng)具有明顯的植物特征，完全以自養(yǎng)方式生活，而完全以異養(yǎng)方式生活的原始動(dòng)物的出現(xiàn)要比藍(lán)藻晚得多。但動(dòng)物不是由植物進(jìn)化而來的。兩者只是出現(xiàn)的時(shí)間不同而已。

一、水生低等植物藍(lán)藻的形成和進(jìn)化

有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的原始生物最低等的是細(xì)菌類的微生物，這類生物沒有細(xì)胞核。這類生物叫原核細(xì)胞生物。這類生物的生活方式既有自養(yǎng)又有異養(yǎng)，雖具有動(dòng)物和植物的特征，但它既不是動(dòng)物也不是植物。

比微生物類略高一等的是藍(lán)藻，藍(lán)藻也屬于原核生物，細(xì)胞里也沒有真正的細(xì)胞核，和微生物細(xì)菌有一個(gè)共同點(diǎn)，它們都是單細(xì)胞的原核生物，它們只能用細(xì)胞分裂的方式進(jìn)行繁殖。但藍(lán)藻與微生物的細(xì)菌類卻有很大區(qū)別，細(xì)菌類除部分自養(yǎng)外，大多數(shù)是靠寄生或營腐生的方式生活，而藍(lán)藻已用自養(yǎng)的方式生活，運(yùn)動(dòng)機(jī)能和運(yùn)動(dòng)器官已退化，光合作用機(jī)能加強(qiáng)，光合作用的方式和現(xiàn)代植物光合作用方式基本相同，也是用二氧化碳和水作原料，制成糖類，放出氧氣。所以藍(lán)藻就成為植物的祖先，但這時(shí)候動(dòng)植物還沒有真正分化。

藍(lán)藻

從藍(lán)藻的一些化石來看，藍(lán)藻最早出現(xiàn)在太古代。最古老的藍(lán)藻化石是在非洲東南部的斯威士蘭系地層里發(fā)現(xiàn)的，經(jīng)考證距今大約有32億年。那時(shí)的藍(lán)藻是一些簡(jiǎn)單的單細(xì)胞球狀。大約在25億年前出現(xiàn)了單細(xì)胞集合成的群體。在漫長的進(jìn)化中，藍(lán)藻又分化發(fā)展，從單細(xì)胞集合群體，發(fā)展到有念珠狀，三面互相垂直的立體型的集合群體。

藍(lán)藻開始時(shí)能在原始的無氧條件下生活。光合作用能力也差，地球出現(xiàn)了臭氧層后，藍(lán)藻也逐漸從適應(yīng)缺氧的環(huán)境向著適應(yīng)有氧的環(huán)境發(fā)展，使藍(lán)藻光合作用能力加強(qiáng)，向植物類又邁進(jìn)了一大步。

現(xiàn)在藍(lán)藻大約有1000多種，大多數(shù)生活在海洋和淡水里，也有少數(shù)生在濕土和樹干上，它們是植物的祖先。

二、真核藻類的出現(xiàn)和進(jìn)化

從原核細(xì)胞發(fā)展到真核細(xì)胞，這是生物從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。原核細(xì)胞生物始終停留在單細(xì)胞階段，至多是單細(xì)胞的集合群體，細(xì)胞通過分裂進(jìn)行無性繁殖。而真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，細(xì)胞核里有復(fù)雜的染色體，細(xì)胞質(zhì)里有復(fù)雜的細(xì)胞器，控制體系也復(fù)雜，真核細(xì)胞是有性生殖。原核細(xì)胞藻類向真核細(xì)胞藻類進(jìn)化中最能體現(xiàn)進(jìn)化歷程的就是藍(lán)藻向真核生物的進(jìn)化。

從最古老的真核藻類化石來看，真核細(xì)胞藻類主要有綠藻、紅藻、裸藻等類。從結(jié)構(gòu)上看，真核細(xì)胞的紅藻是由原核細(xì)胞藍(lán)藻進(jìn)化而來的，但紅藻比藍(lán)藻要略高一等。原核生物的藍(lán)藻是單細(xì)胞，而且細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又沒有細(xì)胞核，而紅藻除少數(shù)是單細(xì)胞外，絕大多數(shù)是多細(xì)胞體。藍(lán)藻細(xì)胞本來有許多是具有鞭毛，能自由游動(dòng)，含有細(xì)胞藻藍(lán)素。在長期的陽光作用下，隨著光合作用加強(qiáng)，細(xì)胞鞭毛慢慢消失，細(xì)胞內(nèi)部出現(xiàn)了細(xì)胞核，藻藍(lán)素也慢慢變成了藻紅素，從而使原生藻類進(jìn)化為真核藻類。

真核藻類的進(jìn)化過程以綠藻進(jìn)化過程最為明顯。原生綠藻主要是衣藻。衣藻是卵形的單細(xì)胞體，細(xì)胞壁含有纖維素。細(xì)胞中央有細(xì)胞核，被一個(gè)碗形的葉綠體包著。細(xì)胞的一端有兩根鞭毛，是細(xì)胞運(yùn)動(dòng)器官，有鞭毛一端有感光的紅色眼點(diǎn)。眼點(diǎn)和鞭毛互相配合向有光方向運(yùn)動(dòng)。這樣就使細(xì)胞分為前后兩端。衣藻主要是無性生殖，它的細(xì)胞先失去鞭毛進(jìn)行有絲分裂，但產(chǎn)生的細(xì)胞，仍包在母體的細(xì)胞壁里。在衣藻缺營養(yǎng)時(shí)，就會(huì)向有性生殖方向發(fā)展，產(chǎn)生的子細(xì)胞會(huì)頭對(duì)頭地進(jìn)行配合，這些配合的子細(xì)胞形態(tài)相同卻有生理上的雄性配子和雌性配子的分別，兩個(gè)配子融合的時(shí)候，核和核融合，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)融合形成合子：以后合子分裂，細(xì)胞核分成四個(gè)核，細(xì)胞質(zhì)也分成四塊，經(jīng)一一搭配而形成四個(gè)新的子細(xì)胞。從而開始有性繁殖。

經(jīng)化石考證，真核藻類的發(fā)展是極為漫長的?，F(xiàn)在的許多水生和陸生植物大多數(shù)是由綠藻進(jìn)化而來的，大體進(jìn)化歷程是：

單細(xì)胞的真核藻類大約出現(xiàn)在元古代中期，距今約15億年前。

真核藻類在距今9億年前，出現(xiàn)性的分化，開始有性生殖。

距今7億年左右，開始出現(xiàn)多細(xì)胞藻類，并大量繁殖。

距今5億多年前各大類群藻類進(jìn)化已基本形成。有些藻類有類似高等植物的器官分化，有了登陸的機(jī)會(huì)。綠藻由于其色素呈綠色，它們適合在淺海上層和海潮漲落的沿海地帶生長。為了爭(zhēng)奪光合作用的生存空間，有的開始在淺海緩慢地向陸地變遷。成為陸生植物的先驅(qū)。而褐藻和紅藻雖然也具有類似高等植物的器官，但是它們不具備由水登陸的條件。因?yàn)樗鼈兒械纳爻屎稚图t色，適合在海下層生活。所以仍然各自在原來的生態(tài)環(huán)境下安居樂業(yè)，一直到現(xiàn)在。

三、水生原生動(dòng)物的形成和進(jìn)化

從生物進(jìn)化的時(shí)間看，植物的形成比動(dòng)物要早，但動(dòng)物不是從植物進(jìn)化的，也是由水生的微生物分化而來的。

原始生物開始時(shí)兼有植物和動(dòng)物的特征，以自養(yǎng)和異養(yǎng)都有的生活方式生存。而自養(yǎng)和異養(yǎng)是區(qū)分動(dòng)物和植物的標(biāo)志。當(dāng)綠藻逐漸由自養(yǎng)的原始生物進(jìn)化為真核藻類時(shí)，水生動(dòng)物還沒有形成，可能是運(yùn)動(dòng)機(jī)能和運(yùn)動(dòng)器官的加強(qiáng)比光合作用機(jī)能的加強(qiáng)要困難。在海洋有機(jī)物供應(yīng)緊張的情況下，自然生存選擇迫使原始生物不斷分化，一個(gè)是向加強(qiáng)光合作用的機(jī)能和器官，向完善自養(yǎng)方式發(fā)展，從而進(jìn)化成植物的一支。另一個(gè)是向加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)機(jī)能和器官方向發(fā)展，從而進(jìn)化成動(dòng)物的一支。生物進(jìn)化的歷程告訴我們，原始的動(dòng)物和植物都是由水生低等生物進(jìn)化來的。

最原始的動(dòng)物是原生動(dòng)物。原生動(dòng)物都是由單細(xì)胞構(gòu)成的，也有少量是由單細(xì)胞集成的群體。原生動(dòng)物所留的化石較少，據(jù)推測(cè)在幾十億年以前就已經(jīng)有了更原始的類似變形蟲那樣的原生動(dòng)物，這類原生動(dòng)物的身體沒有硬質(zhì)部分，就沒有保留下化石?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的最古老的原生動(dòng)物化石有放射蟲和有孔蟲化石。最簡(jiǎn)單的是變形蟲。變形蟲的細(xì)胞膜很薄，由于膜里原生質(zhì)流動(dòng)，使身體表面伸出沒有一定形狀的突起，這就是偽足。由于身體輪廓隨偽足的伸縮而變化，所以叫變形蟲。

從原生動(dòng)物到多細(xì)胞動(dòng)物的進(jìn)化，是生物進(jìn)化史上的一個(gè)重要飛躍。

原生動(dòng)物不僅在研究動(dòng)物的進(jìn)化方面有重要的作用，而且與人類的生活和生產(chǎn)的關(guān)系也極為密切。原生動(dòng)物是蛭、蚶、蟹、蝦、黃魚、鯽魚等的餌料，幼魚大多是依靠自由生活的原生動(dòng)物作為食物的。生活在水中的原生動(dòng)物，它們對(duì)生活環(huán)境有不同的要求：綠眼蟲、草履蟲、腎形蟲常生活在含有大量有機(jī)物的污水中；衣滴蟲、太陽蟲、喇叭蟲則常生活在氧氣充足的清水中。因此，原生動(dòng)物可以用來作為判定水的污染程度的指示動(dòng)物。此外，原生動(dòng)物中的不少種類，是其他動(dòng)物及人類疾病的病原蟲，直接或間接地影響?zhàn)B殖業(yè)的發(fā)展和人體的健康。

全世界已知的原生動(dòng)物約有3萬種，根據(jù)它們的運(yùn)動(dòng)器的不同，可分為如下幾個(gè)主要的綱：

l．鞭毛蟲綱：身體上有一根或幾根鞭毛作為運(yùn)動(dòng)器，如眼蟲、衣滴蟲。

2．肉足綱：身體上有各種形式的偽足作為運(yùn)動(dòng)器，如變形蟲、太陽蟲。

3．孢子蟲綱：全部營寄生生活，沒有運(yùn)動(dòng)器，如瘧原蟲、痢疾內(nèi)變形蟲、艾美球蟲。

4．纖毛蟲綱：身體上有纖毛作為運(yùn)動(dòng)器，如草履蟲、喇叭蟲、小瓜蟲、鐘蟲。

下面介紹幾種常見的原生動(dòng)物：

瘧原蟲：由瘧原蟲寄生所引起的病，通常稱瘧疾?；颊叱霈F(xiàn)周期性的發(fā)冷和發(fā)熱，俗稱打擺子。在我國流行的瘧疾主要有間日瘧、三日瘧和惡性瘧。間日瘧在華北、東北、西北和華南等地區(qū)較多。間日瘧原蟲寄生在人體后，可使病人產(chǎn)生隔日（48小時(shí)）發(fā)冷發(fā)熱一次的間日瘧。間日瘧原蟲有兩個(gè)寄主：一個(gè)是人體，寄生在人體的肝臟內(nèi)皮細(xì)胞和紅細(xì)胞內(nèi)；另一個(gè)是按蚊，寄生在按蚊的消化道內(nèi)。人體感染的間日瘧原蟲是由雌按蚊傳播的。寄生在人體的瘧原蟲，能大量破壞紅細(xì)胞，使每一立方毫米的血液內(nèi)的紅細(xì)胞，由450萬～500萬個(gè)減少到100萬～400萬個(gè)。因此，血液中的血紅蛋白就嚴(yán)重減少而使病人貧血。此外，由于病人的紅細(xì)胞常有堆積現(xiàn)象，被白細(xì)胞吞食或溶解，以及肝功能受損，不能綜合鐵質(zhì)等原因，也能造成病人貧血。間日瘧原蟲還能刺激網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，使結(jié)締組織增生，形成肝、脾腫大。近年來發(fā)現(xiàn)，瘧原蟲還能損傷腦組織，例如人感染瘧原蟲后，紅細(xì)胞堆積在人腦內(nèi)毛細(xì)血管中，會(huì)發(fā)生機(jī)械性堵塞而形成血栓，給人們的健康帶來損害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐伤劳觥?/p>

瘧原蟲毀壞的兩個(gè)血細(xì)胞

太陽蟲

太陽蟲：太陽蟲屬于原生動(dòng)物門、肉足綱。太陽蟲生活在淡水中，身體呈球形，細(xì)胞質(zhì)呈泡沫狀，偽足細(xì)長，在偽足中央生有富于彈性的軸絲，這種偽足形狀較固定，稱軸偽足。軸偽足從球形身體周圍伸出，較長，有利于增加身體的浮力，適于過漂浮生活。太陽蟲是魚類的餌料。

喇叭蟲

喇叭蟲：喇叭蟲屬于原生動(dòng)物門、纖毛蟲綱。是一種大型的纖毛蟲，身體呈喇叭狀，附著在池塘和緩慢流動(dòng)的小溪中的水草上。在喇叭口內(nèi)具有胞口，全身有規(guī)律的長著纖毛，它們不停地依次打動(dòng)周圍的水，使水按一定方式流動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，最終到達(dá)胞口所在的地方。這時(shí)隨水流而來的細(xì)菌就被帶進(jìn)胞口中。喇叭蟲也能收縮，它可以縮短到體長的1/4，這種收縮很快，不僅是柄而且整個(gè)身體都在收縮。

鐘蟲

鐘蟲：鐘蟲屬于原生動(dòng)物門、纖毛蟲綱。鐘蟲生活在淡水中，是一種有柄的纖毛蟲，它用長柄附著在植物上，成排的纖毛由胞口向外盤旋，胞口位于深凹處的底部，它借助纖毛的活動(dòng)，從持續(xù)流動(dòng)的水流中捕獲細(xì)菌為食。當(dāng)它受到振動(dòng)或被觸動(dòng)時(shí)，能夠突然把柄縮短并盤卷成為一個(gè)緊密的螺旋來迅速地收縮全身。這是一種逃避敵害和危險(xiǎn)的有效措施。當(dāng)危險(xiǎn)過去后，它便緩慢地伸長其柄，并輕輕地?fù)u動(dòng)著，一切就又都恢復(fù)了常態(tài)。

小瓜蟲：小瓜蟲屬于原生動(dòng)物門、纖毛蟲綱。小瓜蟲的身體呈圓球形，全身長滿縱行排列的纖毛，前端有一細(xì)胞核。

那么原生動(dòng)物又是如何進(jìn)化到多細(xì)胞的后生動(dòng)物的呢？

小瓜蟲（圖示）

原生動(dòng)物都是單細(xì)胞動(dòng)物。多細(xì)胞動(dòng)物叫后生動(dòng)物。多細(xì)胞動(dòng)物的起源還很少有化石來驗(yàn)證，只是根據(jù)生物進(jìn)化的規(guī)律進(jìn)行推測(cè)。

單細(xì)胞的原生動(dòng)物在長期進(jìn)化中曾出現(xiàn)了多細(xì)胞的集合群體，這些多細(xì)胞集合群體的每個(gè)細(xì)胞開始時(shí)都是獨(dú)立自養(yǎng)的。這種由相同單細(xì)胞聚合成的中空球體，可以隨水漂浮。長期的聚合使這個(gè)多細(xì)胞結(jié)合群的不同部位的細(xì)胞之間慢慢產(chǎn)生了不同的分工。各個(gè)細(xì)胞機(jī)能開始趨向?qū)Ｂ毣?。?xì)胞與細(xì)胞之間的依賴性加強(qiáng)。因而產(chǎn)生了萌芽狀態(tài)的不同組織；進(jìn)而形成了生物的不同器官。這時(shí)的單個(gè)細(xì)胞已失去了原有的功能，單獨(dú)已無法生存。原來的多細(xì)胞集合群就成了動(dòng)物的一個(gè)有機(jī)部分。這樣就由單細(xì)胞的原生動(dòng)物進(jìn)化為多細(xì)胞的后生動(dòng)物。

后生動(dòng)物在長期的進(jìn)化過程中，就逐漸進(jìn)化為無脊椎動(dòng)物，主要包括海綿動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、蠕形動(dòng)物、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物。

四、從蠕形動(dòng)物到節(jié)肢動(dòng)物的進(jìn)化

后生動(dòng)物的進(jìn)化是十分緩慢的。從進(jìn)化的過程來看，海綿動(dòng)物是后生動(dòng)物中最低等的一類。海綿體雖然是多細(xì)胞動(dòng)物，各細(xì)胞有了明確的分工，細(xì)胞因功能不同形態(tài)也有區(qū)別，但是體制發(fā)展水平很低。海綿的形態(tài)和結(jié)構(gòu)和其他后生動(dòng)物又有明顯區(qū)別。這類后生動(dòng)物并沒有得到進(jìn)化和發(fā)展。據(jù)化石考證，現(xiàn)代動(dòng)物大多數(shù)是從蠕形動(dòng)物進(jìn)化而來的。

從動(dòng)物的進(jìn)化和結(jié)構(gòu)來看，最早的腔腸動(dòng)物是從海綿動(dòng)物類似的多細(xì)胞類群進(jìn)化來的。由于細(xì)胞分化成胚層。體內(nèi)出現(xiàn)組織器官的萌芽，逐漸分化出消化組織，這樣就進(jìn)化成前端有吞進(jìn)食物的小孔，食物從這小孔里吞進(jìn)，廢物也從這小口排出。形成典型的雙胚層動(dòng)物，即腔腸動(dòng)物，后又發(fā)展為三胚層動(dòng)物，在三胚層動(dòng)物中，最低的一類就是蠕形動(dòng)物，蠕形動(dòng)物后來逐漸進(jìn)化為軟體動(dòng)物并進(jìn)化為節(jié)肢動(dòng)物。

蠕形動(dòng)物在分化出環(huán)節(jié)動(dòng)物之后，有一支在自然選擇中加強(qiáng)了防御天敵，向加強(qiáng)保護(hù)設(shè)備的方向發(fā)展，進(jìn)化成擬軟體動(dòng)物和軟體動(dòng)物，如古代貝殼類的寶塔石化石，就是軟體動(dòng)物烏賊類進(jìn)化來的。環(huán)節(jié)動(dòng)物出現(xiàn)后也向著加強(qiáng)保護(hù)設(shè)備的方向發(fā)展，同時(shí)又保留了身體分節(jié)的特點(diǎn)，保持了運(yùn)動(dòng)靈活性，又發(fā)展了附肢，使環(huán)節(jié)動(dòng)物又進(jìn)化為節(jié)肢動(dòng)物。如蝦、蟹就是由環(huán)節(jié)動(dòng)物進(jìn)化來的。

節(jié)肢類動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物有許多相同之處。環(huán)節(jié)動(dòng)物的體節(jié)出現(xiàn)為動(dòng)物的頭、胸、腹。這為分化提供了可能，節(jié)肢動(dòng)物三葉蟲橫向分為頭、胸、尾。這表明二者又有親緣關(guān)系。但節(jié)肢動(dòng)物又有完善的運(yùn)動(dòng)器官，有相當(dāng)發(fā)育的肌肉，感覺器官的分化達(dá)到更高水平，眼的出現(xiàn)，表明水生低等動(dòng)物發(fā)展到節(jié)肢動(dòng)物已經(jīng)達(dá)到了最高峰。