生命的黎明动物演化之谜一.docx

1、生命的黎明动物演化之谜一生命的黎明动物演化之谜(一) 是谁把脚下这个生机盎然的星球托付给了人类，是2亿年前敏捷凶猛的恐龙，还是38亿年前漂浮在海洋里的第一个生命细胞？为什么无数的生命来了又走？是这些生命的草率、冒险，还是遭遇更凶险力量的毁灭？我们是否能够与未来动物相遇？ 在古老的地球上，动物从无到有，奇怪野蛮的动物无情地争霸，进行残酷的搏杀。激烈竞争的结果是一些动物灭绝了，另一些则不断进化着，描绘出今天所有生物的蓝图。 让我们共同穿越时空，回到远古，追溯未来，进行动物演化大追踪。 生命始祖 远古时期的地球，是一个了无生机的世界。 那时，地球荒芜一片，环境极其恶劣，空气十分稀薄，火山爆发，然而，

2、就在这个危机四伏的世界里，却有一处安全的港湾，那就是蓝色的海洋，地球上最初的生命就在这里静悄悄地形成、演化着（图1）。 在海洋这个大摇篮里，最初的生命火花被点燃了，单细胞生物就是最初的生命形式，它们是地球上一切未来生命的始祖。 465.9亿年前的前寒武纪，细菌藻类等单细胞生物开始出现。随着时间的推移，单细胞生物千变万化，四处扩散。时至今日，这些古微生物群仍然生活在澳大利亚西海岸（图2）。 但在昔日，这些古微生物大量产生氧气，氧气毒死了无数的原始细胞。在这场由氧气带来的灭绝之灾中，有些细胞幸存了下来，并在氧气环境下繁荣生长。从此以后，氧气成为地球上所有动物都离不开的“生命之源”。 那么，单细胞生

3、物又是怎样形成更复杂的生命体呢？ 单细胞历经近30亿年的漫长之旅，才组成新的生命体。水母就是由单细胞齐心协作构成的多细胞的新生命体。今天，人类在6.7亿年前形成的岩石中发现的水母化石证明了这一点（图3）。 水母是最先拥有肌纤维和简单的神经系统的古生物，但它没有方向感，随波逐流。 幸运的是，一种全新的进化使生命可以“朝前”运动。扁形虫是第一种长出头的动物， 而且它还进化形成了整个生命之旅中的第一双眼睛（图4）。 如果说第一个大脑的出现是动物进化史上的一个里程碑，那么，动物演化出第一个肛门也不例外。 扁形虫的胃是可伸张的，但却只有一个口，令它无法同时进食和排泄。后来，又逐渐进化出一种圆形虫，它们体

4、内形成了一个内部导管“通肠”（图5）。 “通肠”从嘴开始，沿着消化道直通到肛门，这条“流水线”意味着圆形虫可以无休止地进食。在那以后，包括人类在内的所有动物都有了“通肠”。 逼出绝招 这个时期，生活在地球上的动物都是软体动物，这令它们无法抵御掠食者的袭击。为了生存，它们不得不演化出自己的绝招。 在生命之树的一根枝桠上，进化出了一种背负软质外壳的动物，其中最著名的当数三叶虫。柔软灵活的“盔甲”使它的体节能够专门执行不同的任务。有了节肢之后，它们移动更快更灵活了（图6）。 大约5.2亿年前，进化史又迎来一个重大突破：软体动物演化成为硬体动物，生命存活的几率也随之增大。 第一个“硬壳”的出现大概纯属

5、偶然，因为早期的蜗牛在它们的背上存储食物中残留的废矿物质，后来这些废矿物质逐渐硬化，形成硬壳(图7)。 (1)海洋里充满的这些有机分子，构成了早期海洋的原始生命 (2)这种古微生物群不断堆积，逐渐形成了今天的石灰柱 (3)绚丽多彩的水母记载了远古生物进化的辉煌 (4)这个相当了不起的世界上第一个大脑，使动物从此开始有了运动的方向感 (5)进化出“通肠”，使动物生存质量有了质的飞跃 (6)出现在5.9亿前寒武纪时期的三叶虫 (7)早期的蜗牛 (8)披上厚厚盔甲的超级甲虫攻防兼备 (9)人类祖先的身体结构与浑身透明的海鞘有些相似，今天人体80的基因居然与海鞘的基因是一样的 (10)眼睛外形古怪的奇

6、虾正四处寻找猎物 (11)是鱼类奠定了人类身体最早的基础 (12)最早登上陆地的布龙度蝎子 (13)海纳皮冬也是鱼类的巨大杀手 然而，动物进化出头部和眼睛后，竟引发一场猎手和猎物之间展开的 “粉碎加掠夺”的生死较量，火拼毁灭了一些生命，同时激活了一系列新生命。比如超极甲虫出现了（图8）。 在幼小的海鞘身上有一条尾巴，尾巴里有一根灵活易曲的小细棍，这就是最早的脊椎（图9）。 此时，远古的生物有了头、大脑和消化道，还有了构成后来人类心脏的基因，而且出现了支撑身体的骨架。 骨头的出现，使各种各样的多骨鱼繁盛起来，鱼身体两侧还进化出两对通过骨头与身体相连的偶鳍，使它们变得更加灵活。 奇虾是地球上第一个

7、超级掠食者，它体长2米，猎食的对象是海洋里的原始软体生物（图10）。 可以说，猎食与反猎食已经成为生物进化的主要推动力。为隐藏和防御，大多数生活在浅海的生物都长出了坚硬的外壳，它们是披着装甲的节肢动物，今天的昆虫和蜘蛛就是它们的后代。 大约有今天人类的手拇指般大小的海口鱼，是生命进化史上的巨人，因为它是地球上第一种鱼类。它有一条原始的脊椎骨，是最早的脊椎动物，也是后来所有脊椎动物的祖先。 此后几百万年过去，鱼类已经基本成形。它们脊椎附近的肌肉演化成强有力的尾巴，鳍也开始出现，并且有了明显的头部。这种成功的结合将遗传后世，让我们人类后来有两条胳膊和两条腿（图11）。 动物在不停地进化着，各种怪兽

8、在横行。 到了4.7亿年前的志留纪，动物之间的大搏杀又开始了。 正在寻找猎物的布龙度蝎子身长1米，长有巨大的鳃和粗壮的刺针，它将头甲鱼锁定为攻击目标。但头甲鱼已经进化出报警系统，它表皮上的独特感应器能探测到水里微小的波动，它已经感到了危险来临，因而突然改变了游动路线，摆脱了布龙度蝎子的攻击。 今天，我们人类也继承了类似头甲鱼的感官，让皮肤有灵敏的触觉。 翼鲎是海洋蝎子中的巨人，它是体型最大的节肢动物，身长超过3米，和一条鳄鱼差不多。 走上陆地 3.7亿年前的泥盆纪，由于气候的改变，各种生命形式的进化发生了质的飞跃。地球开始变暖，到处都是长满杂草的沼泽，大型蕨类植物繁茂。此时，昆虫和两栖动物开始

9、在陆地出现。一些鱼在鳍和靠近头部的位置进化出坚硬的头骨和强健的肌肉，并逐渐演化成早期的肢体。 为躲避蝎子的追杀，当繁殖季节来临时，头甲鱼会聚集在一起，逃到陆地上的淡水区，不辞辛劳地游回到自己的出生地产卵。 然而，节肢动物却比鱼儿更早地迈出了重要的一步，离开海洋登上陆地（图12）。 布龙度蝎子在这方面有着巨大的优势。它的鳃和肺由几百层又细又薄的组织构成，可以通过这个组织结构把氧气输送到血液里。 由于拥有这种抗低氧系统，并且有装甲抵挡阳光的曝晒，蝎子能够在海岸边的陆地上寻找食物。 随着时间的远逝，有些鱼鳍开始进化成为类似今天动物四足的样子。它们是所有陆生脊椎动物的祖先。有了四肢，我们人类的祖先终于

10、能够离开海洋，走上陆地开始新的生活了。 在3.6亿年前的泥盆纪，身长超过1.5米的巨型两栖动物海纳皮冬，是典型的陆地居民，它们在海岸安家（图13）。 此时，以植物为食的动物还没有出现，所以,植物得以大量生长，森林出现了，并释放出大量的氧气。 为吸收氧气，海纳皮冬进化出复杂的肺部，可以通过呼吸使血液吸收到更多的氧气。 另一种贪得无厌的食肉动物是含肺鱼，它重达2吨，体长5米。对它来说，巨大的鲨鱼也不过是小菜一碟。好在四肢帮助两栖动物逃上陆地，获得了暂时的安全。 飞上天空 5亿年前的天空依然空空如也，了无生机。从海洋走上陆地的生物在陆地生存至少一亿年以后，终于有一些不起眼的小动物克服了地球的引力，轻

11、盈地飞上天空。 那么，昆虫的翅膀是怎样演化出来的呢？ 有一种说法是，这一切源于昆虫对日光浴的喜爱。因为昆虫是冷血动物，所以它们需要从外界吸收热量，保持体温，保证正常活动。后来可能有一种昆虫的背部形成了一些小薄膜。这种膜有助于吸收阳光，就像今天的微型太阳能电池板。 一个纯属偶然的机会，这些“电池板”使昆虫能够迎风滑翔。随后，这种“电池板”的形状演化得更符合空气动力学原理，最终成为翅膀。 但这种理论有个漏洞。因为昆虫的翅膀有复杂的关节，是靠肌腱来活动的。 另一种解释则认为，飞行可能是从水中开始的。许多昆虫最初在水中生活,它们通过腮的翕动来呼吸氧气,翅膀就是由腮逐渐演化而来的。 那么,是什么引起了这

12、种显著的变化呢? 从今天生活在北美洲的石蝇身上，也许能找到线索。石蝇幼虫最初的一年几乎一直待在水底，到了冬末才露出水面，进入成虫阶段。石蝇成虫的寿命只有几天，它们生命的全部意义就是繁殖后代。但要寻找配偶，必须奋力一搏，来到岸边。 它们的翅膀实在太弱小了，根本无法完成自由飞行，但张开的翅膀又像风帆，它的奋力一搏引发了滑翔，让它能够找到异性。这也许就是昆虫飞行的起源吧。我们可以想象，一只古代昆虫摇着腮，借着微风在水中起航，就像今天的石蝇那样。 当腮进化到已经有了关节和肌肉，可以上下拍打，随后就可能从“风帆”演变成为翅膀。此时，昆虫真的自由飞起来了（图14）。 在3亿年前的石炭纪，森林和沼泽覆盖着整

13、个地球，这是地球历史上大气含氧量最高的时期，丰富的氧气养育了一种新的掠食者巨型节肢动物。 巨型蜻蜓是这个时期天空的皇后。它翼展近1米，体型有如今天老鹰一般大，胃口也大得惊人（图15）。 然而，一场闪电引发大火把许多昆虫杀死了，地球的气候变得越来越干燥，空气中的氧气逐渐减少，许多昆虫无法继续生存，巨虫时代结束了。 只有我们人类的祖先爬行动物，凭借多才多艺、拥有复杂心脏和防水皮肤，一枝独秀地生存了下来。 适者生存 在2.8亿年前的二叠纪早期，地球上最早的巨型爬行动物基龙出现了（图16）。 基龙身长3米，体型与河马一样大，跟河马一样也是素食者。它们的生活充斥着战斗，还要面对极端气候的交替。 在恶劣的

14、环境下，基龙依靠背部的巨型翼板，通过皮肤中细小的血管来调节体温。如果需要降低体温，依靠大片皮肤就能迅速散热。如果要升高体温，则把翼板对着太阳，就像一块太阳电池板那样吸收阳光。 这种古怪的“电池板”和我们人类有点关系，我们今天能够控制体温，就是得益于遗传下来的类似系统。 但基龙并非唯一拥有这种“电池板”的生物，它最大的对手长棘龙也有，而且这群大家伙居然进化出了亲子意识，这是动物进化史上一个巨大的飞跃（图17）。 长棘龙通常攻击成年基龙，它除了体型壮硕、力量强大，还有一件法宝，那就是像其他类哺乳爬行动物一样，进化出了独特的门牙。门牙可以用来撕咬下大块食物。今天我们人类继承了同样用于吃肉的牙齿，只不

15、过我们的版本要小得多。 在这个时代里，爬行动物已经在陆地上站稳脚跟。它们的腿变得更直更长，奔跑的速度也随之加快。它们的脊椎和肌肉越来越强壮，并且演化出大脑袋，长出大而尖的利齿。爬行动物的新时代来到了。 2.4亿年前的二叠纪晚期，地球陆地的中心点周围是地球有史以来最大的沙漠，只有像爬行动物这样特别顽强的生物才能在这里生存。 体重达1吨的西伯利亚杯龙，是龟类的远亲。虽然它没有壳，但背部非常坚硬。 杯龙经常受到食肉动物丽齿兽的攻击。丽齿兽行动的速度非常快，力量也很强大。它独特的致命武器是上颚一对12厘米长的尖牙，这是进化史上最早的犬齿。今天的哺乳动物猎食者仍然使用这种犀利的攻击型武器。丽齿兽这种早期

16、的爬行动物更接近我们人类的祖先，也就是哺乳动物。 丽齿兽是地球上顶尖的猎食者，它在地球称霸3000万年之久，直到恐龙的出现。 尽管有巨型怪物出现，但只有半米长的二齿兽仍然成对地居住在螺旋形的地洞里，这是沙漠中唯一还算清凉的地方。尽管第一只哺乳动物3000万年以后才出现，但二齿兽却是类哺乳爬行动物的远亲，它特殊的听觉构造和下颚中的小型骨骼，这种生理结构在人的身上进化成为今天的中耳骨。 丽齿兽经常跑到沙坑边碰运气，二齿兽一旦被它咬上一口，立即粉身碎骨。但接到报警的二齿兽早已逃之夭夭，这就是一群同类住在一起的好处。 到了2.5亿年前的二叠纪晚期，在恶劣的自然条件和激烈的搏杀重压之下，很多动物种类消失

17、了。 数百万年弹指而过，到了2亿多年前的三叠纪，地球气候再次转变，沙漠已经停止增长，远古针叶树组成的巨型森林再次回归大地，生命开始复苏。爬行动物最先恢复生机，并再次成为占领地球的家族之一。 在新生的森林里，食草动物率先出现，水龙兽就是其中之一。水龙兽和哺乳动物，以及我们人类的关系更加密切（图18）。 水龙兽每年都要大迁徙，它们要横渡江河，但一场大屠杀正在等待它们，加斯马吐龙将在水龙兽大迁徙途中必经的河段设下埋伏,以此作为它们自己一次盛大的宴会。 结果是加斯马吐龙大获全胜，享用了一顿丰盛的大餐。 虽然遭到大量屠杀，但仍有部分水龙兽得以生存下来。 不过，随着植物重新兴旺，竞争也日趋激烈，类哺乳爬行动物的风光已经不再，水龙兽短暂的辉煌岁月已经走到尽头。 接下来的几百万年里，类哺乳爬行动物逐渐走向衰亡。取而代之的是像派克鳄那样的生物，它们迎来了一个黄金时代。这些能够两脚走路的生物为地球上最辉煌的王国奠定了基础，它们的后代将会在后来的1.7亿年里统领地球，成为地球历史上最著名的怪兽。 (14)如今，大约有1000万种昆虫能飞翔，它们是地球上进化最成功的动物之一 (15)巨型蜻蜓在空中所向无敌 (16)基龙与后来的恐龙无关，它们的后代是另外一种生物 (17)长棘龙是一种凶猛的食肉动物，也是这个时期地球上体型最大的爬行动物 (18)水龙兽庞大的族群占了当时地球生物总数的一半