生命史的14次关键转变

作者: 王章俊

来源: 《生命进化史》(共3册)

发布日期: 2020-09-10

本文详细描述了生命从起源到现代人类的14次关键进化转变,涵盖了从宇宙大爆炸到地球生命诞生的各个阶段,包括化学起源说、蓝细菌的出现、多细胞生物的诞生、寒武纪生命大爆发、脊椎动物的进化、恐龙时代、鸟类的起源、哺乳动物的进化以及人类的诞生。

在生命诞生前,宇宙用了数百亿年的时间搭建了“舞台”,等待生命登场。138亿年前,宇宙从一个奇点诞生,很快,物质占据上风,粒子经历各种方式的组合,形成元素,构建出星系、恒星、行星……大约46亿年前,宇宙发生了一件看似再普通不过的事件:一个普通的星系中一个普通的气体云开始坍缩,太阳系逐渐形成。在太阳系一个恰到好处的位置上,一颗看似毫不起眼的行星诞生了。

关于生命起源有许多说法,其中最主流的一种是化学起源说。这一假说认为,原始地球大气中包含了许多形成生命的最基本化学物质,聚集在原始地壳低洼处的原始海洋为生命提供了基本的条件,在宇宙射线以及太阳紫外线或闪电的影响下,开始了从无机物向有机生命的进化。

有研究认为,大约39亿年前,地球上出现了所有生命最后的共同祖先,那是一种能自我复制的有机体,被称为露卡(LUCA,Last Universal Common Ancestor)。

大约35亿年前,在原始海洋里,奇迹般地出现了蓝细菌。在澳大利亚西部古老的地层中,科学家找到了叠层石,它们是蓝藻和其他藻类的“准化石”,也是目前地球上发现的最古老的生命痕迹。在此后的近30亿年里,原核生物主宰了地球。这些生物绝大多数是单细胞的,它们通过一个细胞完成了生命的各项工作。

蓝藻的光合作用让地球环境发生了巨大的转变,氧气含量的剧烈飙升促成了原核生物向真核生物的转变,以及厌氧真核细胞进一步向嗜氧真核细胞改变。在大约6.5亿年前,最早的多细胞生物出现了。在多细胞动物的时代,低等的无脊椎动物占领了整个地球,这一时代也因此被称为“原始动物时代”。

大约5.41亿年前,地球步入寒武纪,氧气水平的增加,以及多细胞生物的“准备就绪”,都为生命大爆发做好了准备。在寒武纪生命大爆发之前,生命的形式极为简单,但很快一切都变了。20世纪80年代,我国古生物学家侯先光在云南澄江县发现了澄江生物群,这里是“生命大爆发”的主幕和巅峰。

无颌鱼类是早期的脊椎动物,也是最早的鱼类。它们没有上下颌,用口吸入含有微小动物和沉积物的水摄食,多数生活在水里,尾巴向上在海底游泳。因为身体像鱼形动物,被称为无颌鱼类。它们从最早长出“嘴”的后口动物皱囊虫进化而来,直到昆明鱼的诞生,使得脊椎动物登上了历史的舞台。

盾皮鱼类是最早的有颌鱼类,而初始全颌鱼属于最原始的盾皮鱼类,它们的出现表明,脊椎动物有了真正的“嘴”,自此之后,脊椎动物可以主动猎食,盾皮鱼类开始称霸海洋,成为水中的优势物种。大约4亿年前,地质历史进入泥盆纪,气候变得更加干燥,水域面积缩小。环境的变化带来了又一次自然选择,肉鳍鱼向陆地迈出了第一步。

从水中爬上陆地的肉鳍鱼逐渐进化成两栖动物,鱼石螈是最早的具有代表性种类之一。两栖动物可以在陆地和水中两栖生活,但尚不能完全脱离水的环境。现如今,两栖纲动物已经发展成为脊椎动物中的一个大类。

林蜥是最早的真爬行动物之一,它体形较小,生活在森林深处。真爬行动物的卵包着一层坚硬的卵壳,卵内还有一层“羊膜”包裹着胚胎,可以避免胚胎脱水或受到损伤,这种进化上的创新使得真爬行动物可以在陆地上靠产蛋繁衍后代。在这一时代中,天空中也已经出现了原始的能够飞行的爬行动物,水中也有了早期的水生爬行动物。

恐龙大概是古生物界最明亮的明星了。恐龙家族极为庞大,并且丰富多样。据不完全统计,恐龙有超过一千个种。在恐龙时代,除了极度繁盛的陆地恐龙之外,水生爬行动物以及翱翔天空的翼龙类同样十分兴盛。陆地恐龙与陆生爬行动物的最大区别在于站立姿态和行进方式,恐龙已经具有完全直立的姿态,更有利于走路和奔跑。

始祖鸟是最著名的原始鸟类之一,它是恐龙与鸟类之间的关键过渡物种。尽管这些最早的鸟类都还很原始,但已经开始具备现代鸟类的特征,从恐龙中“脱颖而出”。在进化史上,曾出现过反鸟与今鸟两大类,两者有着共同的祖先,最显著的区别在于肩带。但在6500万年前的那次大灭绝中,反鸟却消失了,而今鸟留存至今,发展出了丰富的分支。反鸟的消失至今仍是进化故事中的一大谜团。

似哺乳类爬行动物在生命进化过程中具有重要意义,从进化特征来看,早期的似哺乳类爬行动物的四肢位于身体两侧,爬行前进,而后期的则变为四肢垂直在身体下方,四足直立行走,身体长毛,已经具备了哺乳动物的许多特征。哺乳动物就是沿着这一进化支进化而来的。

在恐龙时代,哺乳动物大多非常小,它们大多昼伏夜出,进化出了灵敏的听觉系统,在恐龙的统治支配下艰难度日。但与此同时,进化也在悄然发生。哺乳动物进化出了4缸型心脏,体温也变成恒温,新陈代谢被加快,也不再需要冬眠。在6500万年的大灭绝事件中,小型陆生哺乳动物得以熬过最艰难的时日,从大灭绝中幸存。随后,哺乳动物体形由小变大,迎来了繁荣的时代。

生命本身就是一个奇迹,而人类的诞生就是奇迹皇冠上的宝石。人类作为世界上唯一拥有高等智慧的生命,是最初生命经过数十亿年进化的结果。人属的进化和其他物种一样,并非一条直线,而是错综复杂,同时代存在的不同人属物种之间也存在着基因的交流与融合。但最终,智人成为“胜利者”,并创造出了灿烂的文明。地球走进了人类时代。生命的进化不会停止,也从未停止。未来进化的旅程又将走向何方,我们拭目以待。

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