宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个-第16部分

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　　因此，概括地说，生物细胞内的DNA好比是发号施令的总司令、细胞王国的国王，拥有至高无上的地位和权力、任何重大的指令都是从DNA发出，任何进化都与DNA有关。　

第55节：二、生命演化（6）


　　化学进化所占的时期有多长呢？如果地球的年龄是46亿年，原核生物在36亿年前出现，那么在细胞生物出现前的l0亿年都主要是化学进化的时间。这里有一点值得指出：化学进化的时间应该很长，在地球形成以前就有化学进化，在生命出现以后还有化学进化。但是细胞生物出现以后，化学进化至少在地球上已经不再是很重要的事了，这是因为任何有机物的出现，都会被微生物所利用。而达尔文早就清楚地认识到了这一点。　

　　4．20亿年前…菌类和原核细胞出现　

　　现代生命的物质基础都是细胞。细胞有这样的特性：它把遗传物质和其他与生命密切相关的物质集中在小范围里，保证这些物质在那里有比较高的浓度，使新陈代谢过程得以正常进行。在这里，细胞膜起了特殊的作用。另一方面，细胞有两个基本的功能：一，它能进行特有的新陈代谢；二，它能进行生殖作用。缺少任何一个功能，生命都会停止。　

　　非细胞形态的生物出现在早期地球上可能不止一次，因为这样的生命形态很不稳定，不可能一试就成功。　

　　细胞结构有这样的优点：　

　　第一，它有细胞膜，可以控制物质的交换，可以保证细胞内的大分子经常处于高浓度的状态。如果没有这可贵的膜，细胞物质就会被水冲淡变稀，大分子之间的相互作用就不可能建立了。　

　　第二，它有蛋白质和酶，可以催化细胞内的物质代谢，由此得到能源和碳源，并释放出一些能量供代谢的需要。　

　　第三，它有完整的遗传系统，这包括遗传物质DNA、三类RNA和核糖体以及细胞分裂的机制，由此可以进行DNA的复制，可以产生出RNA和蛋白质（包括酶在内），可以产生出子细胞。　

　　有人认为像病毒那样的非细胞形态的结构，如果在早期地球中，由于基因突变和自然选择可能逐渐发展成原核细胞，一个可能的步骤如下：首先，由于基因突变和自然选择，病毒的体积得到了增大，蛋白质的外膜发展成为原始的细胞膜；其次，也是由于基因突变和自然选择的过程，在原始的细胞膜内，遗传系统逐渐得到完善化；最后，还是由于基因突变和自然选择的过程，在原始的细胞膜内产生出较多种类的酶，于是细胞内的代谢作用逐渐地提高了效率。　

　　可以设想，在早期的地球中，各种类型的非细胞生命都在进行大实验、在彼此〃竞争〃，于是，在长期的自然选择中才出现了原核细胞。　

　　在原始海洋的某个地区或者其他适宜的地方，一旦出现了原始的原核细胞，它就有了相当强的竞争能力，于是它可以逐渐分布到海洋的其他地区去。首先出现的是不能进行光合作用的细菌，理由是某些细菌类型的细胞比较简单，能够进行的工作比较有限。　

第56节：二、生命演化（7）


　　细菌类型的原始生物怎样解决自己的食物问题呢？有理由相信当时海洋里有丰富的有机物，这〃热汤〃可以源源不断地对原始细菌提供能源和碳源。那时地球上的生态系比较单纯，主要成分是原始细菌和〃热汤〃，还有充足的阳光和适宜的温度。　

　　最早的细菌类型的呼吸方式是无氧呼吸…发酵作用。当时的地球没有氧气，另外，如果细胞里要进行有氧呼吸，则需要一套机制，需要一系列的酶和细胞色素，不然就不能利用氧气。按照由简到繁的进化原理，先出现的应该是结构比较简单的细胞类型和呼吸方式。　

　　可以想象，在养分丰富的环境里，温度又适宜，原始细菌会迅速地生长，得到大量的繁殖。经过一个时期，海洋里到处都有了它，于是出现了许多厌氧类型的细菌。经过许多万年，〃热汤〃的浓度逐渐变稀了，一句话，海洋里现成的有机物逐渐减少了。　

　　这样，必然出现了食物问题。　

　　在海洋里的有机物还没有被消耗完以前，原核细胞通过突变和自然选择会产生出新的细胞类型，它能够把简单的物质合成为可以利用的有机物。由此，可能出现这样的细胞：它能够把二氧化碳跟氢化合，产生出有机物，这就提供了一些食物。　

　　接着，也可能出现这样的细胞：它能够固定氮气，把氮气转化成硝酸盐和氮的有机物，这样，食物的种类就得到了增加。　

　　在这样的生化功能的基础上，一些原始细胞可能合成出卟啉和有关的一些其他化合物。卟啉是合成叶绿素等的基本化合物，这就为叶绿素和细胞色素的产生打下了基础。有了叶绿素就可以出现光合作用了，有了细胞色素就可能发展出有氧呼吸的机制了。　

　　这意味着光合作用类型的原核细胞要登上生命的舞台了。　

　　光合作用的出现是进化的一件大事，从此，食物有了新的更大量的来源，于是〃热汤〃的逐渐消失并不能阻碍生命的继续发展。同样重要的是，由光合作用所产生出来的氧气是一种很活泼的气体，它的出现要逐渐从根本上改变地球的环境，比如说，还原性的大气要逐渐变成氧化性的大气。　

　　环境的这种转化要给许多细菌之类的原核生物带来灾难，这是因为氧气对厌氧细菌是有毒的，会把它们杀死。于是原始的细菌在进化中有两条路可走：一是避开有氧气的环境，生活在缺氧的地方；二是逐渐产生出一些能够处理氧气的酶，这就成为好氧细菌。　

　　从与氧气的关系讲，现在基本上有三类细菌：厌氧的、好氧的、无所谓的（即在有氧无氧的条件下都能生存的）。有些细菌具有细胞色素和复杂的酶，利用氧气进行呼吸作用，跟我们人类基本上一样。　

第57节：二、生命演化（8）


　　环境影响生物的进化，这是一方面。另一方面，新生物类型的出现会改变环境。例如，光合作用的出现至少从两方面改变了环境：使大气有了氧气；使食物有了新的来源。于是海洋里的生态系较为复杂了。　

　　5．10亿年前…真核细胞出现

　　真核细胞跟原核细胞有若干重大的差异：真核细胞有细胞核膜，染色体大多有若干条，染色体由DNA和组蛋白所组成；而原核细胞只有核区，没有核膜，它的染色体只是一条环状的DNA分子，没有组蛋白。真核细胞的细胞质里有若干细胞器，例如线粒体、叶绿体、中心粒、内织网等；原核细胞没有细胞器。这就是说真核细胞和原核细胞之间有明显的鸿沟，界限分明。那么它们在进化中的关系如何呢？　在生物史中，从化石材料知道，先出现原核细胞，以后才有真核细胞。现在要问真核细胞是怎样来的，是不是起源于原核细胞呢？答案是肯定的。问题是怎样起源的呢？　由于缺乏若干中间类型，大部分论点是根据已知的生物学知识推论出来的。现在比较流行的一个理论是内共生说。按照这个假说，在原始原核生物的进化中，产生出多种类型的原始生物。

　　跟这个假说有关的是以下四种生物：　

　　（1）蓝藻类的单细胞，它所含有的叶绿素分布在细胞内一层层的膜上。这是叶绿体类型的生物。　

　　（2）好氧型细菌类的单细胞，细胞里有片层结构能进行呼吸作用。这是线粒体类型的生物。　

　　（3）具有鞭毛的细菌类的单细胞，能活泼游泳。这是代表中心粒类型的游泳生物。　

　　（4）一种细胞较大的生物类型，它具有原始的细胞核，能进行有丝分裂。这可以看作是一种〃前原生动物〃。　

　　结构复杂的真核细胞由以下的步骤发展而来：　那些个体较大的前原生动物被其他原始生物所侵入，或者它吞下其他原始生物。假定是好氧细菌进入了较大细胞的前原生动物里，于是前原生动物可能受害而死亡，也可能把它消化掉，也可能偶而由于突变而能与入侵者〃和平共处〃，于是逐渐发生了共生作用。共生对两种生物都有利，前原生动物形成了有效的呼吸结构线粒体，而共生的好氧细菌得到安生处所。以后又发生了类似的过程，具有鞭毛的小细胞并入上述的具有线粒体的前原生动物，并发生了共生作用，于是它获得了游泳工具和中心粒子，它的活动能力增强了，结构更加复杂了。这是动物细胞的起源，可以看作是鞭毛虫之类的原始动物。　

　　而叶绿体生物（即上述的一类蓝藻）或寄生在上述的鞭毛虫上或被吞吃，于是，经过漫长的过程，在那里也发生了共生作用，这就产生出真核细胞的植物。这大概是一类原始的绿藻。　


第58节：二、生命演化（9）


　　有若干事实支持内共生说。例如叶绿体和线粒体都能复制自己，它们具有相对的自主性；它们都有自己的DNA和有关的遗传系统；它们的DNA都是环状的，其遗传系统都跟细菌的遗传系统很相似；它们遗传系统中的核糖体跟真核细胞的核糖体有所区别，跟细菌的核糖体比较相似。　

　　现代单细胞生物之中也有一些共生的例子。如一种草履虫跟一种小球藻发生共生作用，一般情况下共生得很好，但是也遇到这种情况：小球藻繁殖过盛，一只草履虫内就含有数以百计的小球藻，数量过大，会影响草履虫的生存。这样的共生关系还需改进。甲藻的染色体并不含有组蛋白，眼虫的细胞分裂并不出现纺锤体等等，可以看作是细胞核进化的一些中间类型。　

　　真核细胞的出现使生物类型更加多样化，使生态系增加了新的内容，于是有了性的起源和多细胞生物的起源。从此，进化的速度大大地加快了。　

　　6．4亿年前…鱼类出现　

　　鱼和脊椎动物　当我们拿起馒头送到嘴边的时候，嘴自然就会张开，这是因为我们的上下颌上附有肌肉，肌肉包着舌头，控制嘴张开的骨骼叫上颌骨和下颌骨，在吃东西时都是利用下颌骨…下巴的活动来咀嚼食物。蛇的嘴可以张得很大，一口吞下一只鸟或一只青蛙，它们的下颌骨是由七块骨头组成，吞食时骨缝可以松开。哺乳动物中的马、牛、骆驼、羊、大象和老虎虽然有的吃食物慢条斯理，有的吃东西狼吞虎咽，但也都是用下巴一合一开地吃，只是速度不同罢了。　

　　脊椎动物的下颌骨是经历了从无到有，逐步完善的漫长过程的。在脊椎动物中，最早出现的是鱼形脊椎动物。这些动物的口部还没有形成可以自由开闭、能够随意咬捕食物或抵御敌害的上下颌骨，被动的生活方式说明它很古老。从奥陶纪开始，就已经发现了无颌类脊椎动物的生活迹象。化石无颌类鱼绝大多数身体前部都由骨质的甲胄覆盖，所以也把它们叫作甲胄鱼。没有颌骨的脊椎动物吃东西时，只能靠流动的水将细小的生物带入它的嘴内，所以它们只能在海底坐等良机或过寄生生活。这种寄生的日子使没有下颌的脊椎动物在发展上受到了限制。　

　　鱼类开始有了上下颌的分化时，就可以自由自在、随心所欲地捕捉所需的可口食物，同时也促进了身体神经系统、运动器官的发展，为脊椎动物向更广阔的领域发展铺平了道路。　

　　在脊椎动