導讀提示

生物的進化是一個古老而嶄新的論題,至今還沒有哪一種理論能夠完全解釋生物的進化歷程。我們站在今天——地球跨越46億年的時間,來再現生命的歷程正體現出生命的魅力所在。我們相信豐富的想象和科學的實踐將最終揭開生命的奧秘。讓我們尋著前人的足跡一起來感受生命的頑強,欣賞生命的蝶變。

圖2-1 生物進化樹

研學內容

在我們人類居住的地球上,從高山到平原,從沙漠到草原,從赤道到極地,從天空到湖海,幾乎到處都有種類繁多、形態(tài)各異的生物,它們把地球裝點得瑰麗多姿、生機勃勃。除地球歷史上已滅絕的生物以外,目前世界上仍生活著100多萬種動物,30多萬種植物,10多萬種微生物?？傊?記錄在案的約200萬種,還有許多未定名的,約1000萬種,甚至更多。

地球上的生命為什么多種多樣? 神創(chuàng)論認為,每一種生物都是由上帝或神創(chuàng)造的,物種是不變的。進化論則認為,生物在與生存環(huán)境的相互作用中,總是一代又一代地發(fā)生著改變,即生物進化。那么,有哪些證據說明生物是進化的? 地球上的生物是怎么樣進化的? 生物進化的原因又是什么?

圖2-2 古老地層中的生物化石

化石記錄顯示,形成早的古老地層中,生物化石種類少,結構簡單而低等;形成晚的地層中,生物化石種類多,結構復雜而高等。這表明地球上的生物是經歷了漫長的地質年代發(fā)展變化的,其總的進化趨勢是:從簡單到復雜,從低等到高等,從水生到陸生。

小資料　生物進化的歷程

38億年前,地球上形成了穩(wěn)定的陸塊,多種證據表明液態(tài)的水圈是熱的,甚至是沸騰的?，F生的一些極端嗜熱的古細菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式,其代謝方式可能是化學無機自養(yǎng)。澳大利亞西部瓦拉伍那群中35億年前的微生物可能是地球上最早的生命。

原始的生命,又經過極其漫長的歷程,才逐漸進化為現在這樣豐富多彩的生物界。概括地說,原始生命由于營養(yǎng)方式的不同,一部分進化成為具有葉綠素(自養(yǎng))的原始藻類,另一部分進化成為沒有葉綠素(異養(yǎng))的原始單細胞動物。這些藻類和原始單細胞動物,就分別進化成為各種各樣的植物和動物。

植物進化的大致歷程是:生活在海洋中的原始藻類,經過極其漫長的年代,逐漸進化成為適應陸地生活的原始苔蘚植物和蕨類植物,使原來的不毛之地開始披上了“綠裝”,但是,它們的生殖都需要水。后來,一部分原始的蕨類植物進化成為原始的種子植物,包括原始的裸子植物和被子植物,它們的生殖完全脫離了水的限制,更加適應陸地生活。

動物進化的大致歷程是:生活在海洋中的原始單細胞動物,經過極其漫長的年代,逐漸進化成為種類繁多的原始無脊椎動物,包括腔腸動物、扁形動物、軟體動物和環(huán)節(jié)動物等,這幾類動物的結構越來越復雜,但是,它們大都需要生活在有水的環(huán)境中。后來發(fā)展到了原始的節(jié)肢動物,它們有外骨骼和分節(jié)的足,比如昆蟲等,對陸地環(huán)境的適應能力較強,脫離了水生環(huán)境。地球上最早的脊椎動物是古代的魚類。又經過極其漫長的年代,某些魚類進化成為原始的兩棲類,某些兩棲類進化成原始的爬行類,某些爬行類又進化成為原始的鳥類和哺乳類。各類動物的結構逐漸變得復雜,生活環(huán)境逐漸由水中到陸地,最終完全適應了陸地生活。

總之,生物的進化歷程可以概括為:由簡單到復雜,由低等到高等,由水生到陸生。

小資料　進化歷程

新生代詳細劃分(單位:百萬年)

第三紀

古新世65—53

始新世53—36.5

漸新世36.5—23

中新世23—5.3

上新世5.3—2.58

第四紀

更新世2.58—1.17

全新世1.17—現代

地球上的地殼發(fā)展階段

1.太古代—元古代

地殼薄弱活動;海洋沉積占絕對優(yōu)勢;末期形成一些古地塊。

2.震旦紀

海洋沉積占優(yōu)勢;古地臺形成。

3.寒武紀—奧陶紀—志留紀

加里東運動,海洋沉積仍占優(yōu)勢;末期,加里東地槽褶皺隆起。

4.泥盆紀—石炭紀—二疊紀

海西運動,陸地相對擴大;末期許多地槽隆起,北大陸聯合,南大陸開始解體。

5.三疊紀—侏羅紀—白堊紀

燕山運動,南大陸解體,北大陸普遍活動;環(huán)太平洋地槽內帶隆起成山。

6.第三紀:古新世—始新世—漸新世—中新世—上新世

喜馬拉雅造山運動,古地臺、古褶皺普遍活動;古地中海帶及環(huán)太平洋外帶,隆起成山。

7.第四紀:更新世—全新世

差異升降顯著,冰川廣布。

地球上的動物界發(fā)展階段

1.太古代 最低等原始生物產生

2.寒武紀—奧陶紀—志留紀 海生無脊椎動物時代

3.泥盆紀 魚時代

4.石炭紀—二疊紀 兩棲動物時代

5.三疊紀—侏羅紀—白堊紀 爬行動物時代

6.第三紀 哺乳動物時代

7.第四紀 人類時代

地球上的植物界發(fā)展階段

1.太古代 最低等原始生物產生

2.震旦紀—寒武紀—奧陶紀早期 海生藻類時代

3.奧陶紀早期—志留紀—泥盆紀—石炭紀—二疊紀早期陸生孢子植物時代

4.二疊紀早期—三疊紀—侏羅紀—白堊紀中期 裸子植物時代

5.白堊紀中期—第三紀—第四紀 被子植物時代

地球上的部分生物盛行期

1.地球天文時期

2.太古代—元古代 藻類、海綿

3.古生代

寒武紀:藻類、海綿、珊瑚、腕足動物、海林檎、三葉蟲。

奧陶紀:藻類、海綿、珊瑚、腕足動物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三葉蟲。

志留紀:藻類、海綿、珊瑚、腕足動物、海百合、海蕾、海星、三葉蟲、鸚鵡螺。

泥盆紀:藻類、海綿、珊瑚、腕足動物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三葉蟲、鱗木、鸚鵡螺。

石炭紀:藻類、海綿、珊瑚、腕足動物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三葉蟲、鯊魚、鱗木、鸚鵡螺。

二疊紀:藻類、海綿、珊瑚、海百合、三葉蟲、鯊魚、鱗木、鸚鵡螺。

小資料　生物進化學說

生物進化,多么神秘而又富有挑戰(zhàn)性的問題,千百年來,無數先哲為之默默思索、探求、爭論,為之耗盡了他們最美好的青春年華。在探索生物進化的坎坷之路上,有人因堅持真理而慘遭迫害,也有人為此而獲得了至高無上的光榮。但是不管怎樣,他們都為生物進化學說的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻,是永遠值得我們全人類銘記的,下面就讓我們回顧那段艱苦卓絕而又振奮人心的歲月吧。

1.布豐進化學說

法國人布豐是第一個提出廣泛而具體的進化學說的博物學家。他和最后一個物種不變論的權威代表人林奈是同時代的人。布豐認為物種是可變的,他特別強調環(huán)境對生物的直接影響,他認為物種生存環(huán)境的改變,特別是氣候與食物性質的變化,可引起生物機體的改變。這是布豐進化學說的中心思想。布豐進化學說中閃現了一絲自然選擇的概念,例如他認為某些物種的高度繁殖與它們大量死亡之間是有關聯的。但遺憾的是,布豐沒有經受得起宗教勢力的壓迫,公開發(fā)表了放棄進化學說的觀點聲明,這使得他作為進化論先驅者的地位大為遜色。但達爾文認為布豐是近代以科學眼光探討物種起源的第一人。

2.災變論與均變論

災變論與均變論這兩種相互對立的學說并未非常直接地提出與進化論有關的看法,但它們的形成和確立涉及了兩個對生物界有極大影響的人物:居維葉和萊伊爾。19世紀初,著名地質學家居維葉提出了災變論,而萊伊爾則主張均變論。盡管他們并不都支持進化論,但依舊對其發(fā)展起到了不可忽視的作用,在此略帶一筆。

3.拉馬克學說

拉馬克學說是法國博物學家拉馬克提出的關于生物進化的系統(tǒng)看法。主要內容如下:(1)地球有悠長的歷史,絕非像神創(chuàng)論者所說的只有幾千年的歷史,地球表面不是固定不變的,而是經歷了不斷的變化。(2)生命物質與非生命物質有本質的區(qū)別;生命存在于生物體與環(huán)境條件的相互作用之中;低級生物類型可以不斷地由非生命物質自然發(fā)生出來;植物和動物雖有重大的區(qū)別,但都有共同的基本特征;生命是連續(xù)的、變化的、發(fā)展的;生命即運動,運動表現在各方面,既表現在生物體內液體的流動上,也表現在生物體的吸收養(yǎng)料和排出廢物上。(3)物種之間是連續(xù)的,沒有確定的界限,物種只有相對的穩(wěn)定性,且物種之間存在親緣關系;物種在外界條件影響下能發(fā)生變異,栽培植物和飼養(yǎng)動物的出現就是物種變異的例證;古代物種是現代物種的直接祖先,物種一般不會消滅;動物界普遍有種間斗爭,種內斗爭則不常有。(4)生物進化的動力,一是生物天生具有向上發(fā)展的傾向,這是生物向上發(fā)展的原因;二是環(huán)境條件的變化能引起生物發(fā)生適應環(huán)境的變異,環(huán)境條件變化的大小,決定著生物發(fā)生變異的程度,也就是說,環(huán)境條件的多樣性是生物多樣性的原因。(5)在植物和低等動物中,環(huán)境的改變先引起功能的改變,功能的改變再引起結構的改變;而在具有神經系統(tǒng)的動物中,環(huán)境的改變先引起生活需要的改變,生活需要的改變又引起習性的改變,新習性的發(fā)生和加強,引起身體結構的變化;凡經常使用的器官會發(fā)達進化,而不經常使用的器官就會萎縮退化(即用進廢退),這些后天獲得的性狀能夠遺傳給后代(即獲得性遺傳),再經過一代代的不斷積累,就會形成新的生物類型。(6)無論植物還是動物,都按一定的自然順序進化,由簡單到復雜,由低級到高級;進化是樹狀的,即不但向上發(fā)展,而且向各個方面發(fā)展;人類大概是由高級猿類發(fā)展而來的。

從歷史的角度來看,拉馬克學說對科學的發(fā)展產生了重大影響,為以后生物進化論的發(fā)展奠定了基礎。但是,由于當時生產水平和科學水平的限制,拉馬克對進化原因的解釋過于簡單化。例如,對“生物天生具有向上發(fā)展的傾向”的解釋就缺乏物質基礎,對“環(huán)境改變必然引起生物發(fā)生與之相適應的變異”的解釋也缺乏事實根據,“器官用進廢退”在當代是可能的,但這種后天獲得的性狀,如不影響到遺傳物質,是根本不能遺傳給后代的。獲得性遺傳的錯誤在于它否認了遺傳物質的存在,片面夸大了環(huán)境條件的作用。

4.達爾文學說

達爾文認為生物普遍存在差異。一切生物都有變異特性,世界上沒有兩個完全相同的生物。變異可分為一定變異和不定變異兩種。所謂不定變異是指來自相同或相似親體的不同個體,在相同或相似的條件下所產生的不同變異。達爾文認為生物普遍具有高度的繁殖率與自上而下的競爭能力;生物有繁殖過剩的傾向,但由于食物與空間的限制以及其他因素的影響,每種生物只有少數個體能夠發(fā)育與繁殖;生物在生存競爭中,對生存產生有利變異的個體被保留下來,而對生存產生不利變異的個體則被淘汰,這就是自然選擇或適者生存;適應是自然選擇的結果,在自然選擇的過程中,只有適者才能生存,但適應對生存也只有相對的意義,一旦生活環(huán)境改變,原來的適應很有可能變?yōu)椴贿m應。最后,達爾文認為通過自然選擇形成的新物種主要過程可概括為:過度繁殖,生存斗爭,遺傳變異,適者生存。自然選擇學說揭示了生命現象的統(tǒng)一性是由于所有生物都有共同的祖先,生物多樣化是進化的結果,生物界千差萬別的種類之間有一定的內在聯系,從而大大促進了生物學各個分支學科的發(fā)展。但是達爾文學說也存在一定的局限性,它的研究只停留在個體層次上,并未注意種群在生物進化中的作用,對遺傳和變異的本質,還不能做出科學的解釋。其強調物種形成是漸變的結果,并不能很好地解釋物種大爆發(fā)現象。

5.現代生物進化理論

基本觀點:種群是生物進化的基本單位,生物進化的實質是種群基因頻率的改變。突變和基因重組,自然選擇及隔離是物種形成過程的三個基本環(huán)節(jié),在它們的綜合作用下,種群產生分化,最終導致新物種形成。在這個過程中,突變和基因重組可產生生物進化的原材料,自然選擇使種群的基因頻率定向改變并決定生物進化的方向,隔離是新物種形成的必要條件。

與達爾文的自然選擇學說相比,現代生物進化理論的優(yōu)勢在于:①研究水平從性狀水平深入基因(分子)水平,認識到遺傳和變異的本質,拋棄了獲得性遺傳的觀點;②研究對象從以生物個體為單位變成以種群為單位,認識到生物進化不是以個體進行的,而是以種群為單位的;③進化理論建立在廣泛存在的不定變異上,只要不定變異是客觀存在的,其理論就站得住腳。

內容賞析

1.生物的進化

生物在與生存環(huán)境的相互作用中,總是一代又一代地發(fā)生著變化,其總的趨勢是從簡單到復雜、從低等到高等、從水生到陸生,其中生物進化最直接的證據是化石(是指保存在地層中的古生物的遺體、遺物和遺跡)。

2.地質年代的劃分

地質年代主要劃分為太古代、元古代、古生代、中生代和新生代?？茖W家通過對地質中14C含量進行測定,從而確定其地質年代,再根據不同地質年代的生物種類和數量可以為生物進化提供直接的依據。其中古生代地球上出現了大量的無脊椎動物類群和高等藻類植物類群,被稱為“寒武紀生物大爆發(fā)”。

3.人工選擇和自然選擇

人工選擇是人類在長期生產生活中有目的地精心選擇和培育新物種的手段;自然選擇則是通過生物與環(huán)境的相互作用,以生存斗爭為動力選擇個體的手段,達爾文從人工選擇得到啟示,從而提出了以自然選擇為中心的進化理論。

鑒賞升華

達爾文做了大量科學考察,收集資料不斷探索,最后從人工選擇中得到了啟示,進化理論的構建耗盡了他30多年的心血。這種科學求真、百折不撓、愈挫愈勇的精神是值得我們學習的。當我們面對學習、工作上的困難和困惑時,應該學習達爾文的這種精神,不屈不撓,負重前行,這樣的生命才飽滿豐潤,無憾此生!

達爾文進化理論的重大成就之一,就是科學地解釋了生物的適應性。在漫長的46億年的地球生命史中,斗轉星移和滄海桑田遠不足以形容這種變遷,而地球上生命的種類卻越來越多,生命世界也越來越精彩了。可以說適者生存是生物生存發(fā)展的基本法則,而人作為目前生物圈中一個重要的群體,需要適應的不僅僅是自然環(huán)境,還有社會環(huán)境。自然界弱肉強食的生存斗爭已不符合人類的發(fā)展,從自然屬性上講,我們應該鍛煉好自己的身體,掌握充足的科學知識以適應最基本的自然環(huán)境;從社會屬性上講,我們還應提高自己的修養(yǎng),正確處理人與人之間的關系,增強社會公德心,以適應復雜的社會環(huán)境。個人的生命雖說只是生命世界中很小的一部分,但只有從個體上尊重自我生命,尊重群體中的每一個生命,才能發(fā)展群體的生命力,我們才不至于最終成為未來的某類生物沉思或者疑惑的化石。

達爾文進化理論的重大成就之二,就是科學地解釋了生物的多樣性。生物進化是生物與生物,生物與環(huán)境共同作用的結果。一草一木,一蟲一蟻,一沙一石都是我們這個生命共同體中不可缺少的部分。因此,我們在平常生活中應該珍愛身邊的一草一木,合理利用和保護野生資源,減少不良的生活習慣和生產模式對環(huán)境產生的惡劣影響,與自然和諧共處,讓地球這個巨大的生命體在宇宙中永遠地閃耀著熠熠的生命之光。

學后思考

1.調查周圍同學的生活和學習習慣,分析這些習慣對自身健康和人類的進化有哪些影響。

2.調查校園中人為因素對校園環(huán)境有什么影響,并提出你的建議。