生命起源与衍化论文
生物·生命——起源与演化
中国海洋大学 学号: 姓名:
摘要:基于生物进化的思想,利用现有知识的有机性、外生性、惯性、变异性和逻辑谐和性,重点通过与生物进化的对比来分析知识进化的特点。在此基础上,借鉴生物进化的方式构建知识进化的机制。重点介绍有关鸟类、鱼类、爬行类动物的进化与演化。
一:鸟类的起源于演化。
鸟类通常是带羽、卵生的动物,有极高的新陈代谢速率,长骨多是中空的,所以大部分的鸟类都可以飞。鸟类最先出现在侏罗纪时期,爬行类和鸟类的始祖究竟是什么生物,在古生物学家中仍很有争议。最早的鸟类大约出现在2.2亿年前。他们的身体呈纺锤形、前肢特化为翼,体表有羽毛,体温恒定,肌胸发达,骨骼愈合、薄、中空,脑比较发达。有气囊可以进行双重呼吸,没有膀胱则可以减少身体重量。这些身体特征都很适应飞翔。
鸟类可能是由侏罗纪近鸟类类进化而来。最早的鸟类表现出与恐龙中的恐爪龙类有明显的相似性。鸟类在白垩纪得到了很大的发展,到新生代开始,已于现代鸟类的结构无明显差别。可以推测,大约在2亿年前,从旧大陆的一支古爬行类动物进化成鸟类,逐渐随着鸟类的繁盛而扩展到新大陆。在适应于多变环境条件的同时,鸟类发生了对不同生活方式的适应辐射。鸟类是由古爬行类进化而来的一支适应飞翔生活的高等脊椎动物。它们的形态结构除许多同爬行类外,也有很多不同之处。这些不同之处一方面是在爬行类的基础上有了较大的发展,具一系列比爬行类高级的进步性特征。如有高而恒定的体温,完善的双循环体系,发达的神经系统和感觉器官以及与此联系的各种复杂行为等;另一方面为适应飞翔生活而又有较多的特化,如体呈流线型,体表被羽毛,前肢特化成翼,骨骼坚固、轻便而多有合,具气囊和肺,气囊是供应鸟类在飞行时有足够氧气的构造。气囊的收缩和扩张跟翼的动作协调。两翼举起,气囊扩张,外界空气一部分进入肺里进行气体交换。另外大部分空气迅速地经过肺直接进入气囊,未进行气体交换,气囊就把大量含氧多的空气暂时贮存起来。两翼下垂,气囊收缩,气囊里的空气经过肺再一次进行气体交换,最后排出体外。这样,鸟类每呼吸一次,空气在肺里进行两次气体交换,可见,气囊没有气体交换的作用,它的功能是贮存空气,协助肺完成呼吸作用。气囊还有减轻身体比重,散发热量,调节体温等作用。这一系列的特化,使鸟类具有很强的飞翔能力,能进行特殊的飞行运动。
科学研究表明,鸟类起源于距今1.5亿年前的原始爬行类动物。脊椎动物进化的主干是从鱼类、两栖类、爬行类到哺乳类,最后出现人类。鸟类在地球上出现的时间比哺乳类还要晚一点,它是由中生代爬行类分化出来,并向空中发展的一个特殊分支。在漫长的演化过程中产生了一系列适应于飞翔生活的形态结构和生理机能。
1861年在德国巴伐利亚地区板石采石场的石灰岩中发现第一具有羽毛古鸟化石骨架,它的上下颌有牙齿;头骨如同蜥蜴,有1条由20多节尾椎骨组成的长尾巴;前肢有3只细长的指骨等。这些都说明它与爬行类极为相似。然而,它已具有羽毛,爬行类是没有羽毛的,只有鸟类才有羽毛。显然,这具化骨架已不
是爬行动物而是鸟类了。这具带羽毛的骨架化石被英国自然博物馆收购。后来命名始祖鸟。这具最早被人类发现的标本,至今还保存在英国,成了历史的见证。 始祖鸟出现在一亿四千百万年前的中生代晚侏罗纪,是目前发现最早的鸟类。其身体与乌鸦差不多大小,它既象爬行类,又有鸟类的特征。始祖鸟飞行能力很差,可能主要是滑翔。始祖鸟是如何从陆生的祖先那里获得飞翔能力的呢?一般有两种解释:一种认为是从奔跑开始的。在奔跑时,它可能振动带有羽毛的前肢来加快速度,以致“快跑如飞”;另一种解释认为鸟类的祖先是树栖的,它凭借带羽毛前肢的帮助,经常在树木和地面之间上下滑翔,日久天长,由于翅膀的不断强化完善,最后获得飞翔能力 。
始祖鸟的发现意义非常重大,是人类探索鸟类起源的重大成果,也是人类研究生物进化发展道路上的里程碑。它有力地支持了1859年达尔文发表的名著《物种起源》,有力地证明了鸟类确是起源于爬行类,是由爬行类演化而来。
由爬行类进化而来的鸟类,经过亿万年漫长的历史变迁、演化和发展,由少数低级的种类逐渐形成许多复杂、高级的种类。它们在体形、羽毛颜色以及生活习性等许多方面都发生了极大而多种多样的变化。它们的种类和数量,在脊椎动物中仅次于鱼类。它们的分布遍及全球。长年冰天雪地的北极边缘;世界最高的喜马拉雅山;茫茫无际的海洋;深山丛林;不见天日的山洞;荒无人烟的沙漠;以及人口稠密的城市;几乎世界上每一个角落都能发现鸟类的踪影。
二:鱼类是的起源与演化。
鱼类是用鳃呼吸、以鳍为运动器官、多数披有鳞片和侧线感觉器官的水生变温脊椎动物类群。
鱼类是最古老的脊椎动物。它们几乎栖居于地球上所有的水生环境━━从淡水的湖泊、河流到咸水的大海和大洋。鱼类是终年生活在水中,用鳃呼吸,用鳍辅助身体平衡与运动的变温脊椎动物。已探明的约20000余种,是脊椎动物亚门中最原始最低级的一群。鱼肉富含动物蛋白质和磷质等,营养丰富,滋味鲜美,易被人体消化吸收,对人类体力和智力的发展具有重大作用。鱼体的其他部分可制成鱼肝油、鱼胶、鱼粉等。 有些鱼类如金鱼、热带鱼等体态多姿、色彩艳丽,具有较高的观赏价值。
古生物学家通过研究化石,得知早在4亿年前的奥陶纪的岩石里发现了远古时代的鱼类,它叫星甲鱼。迄今,它仅发现于美国中部各州的淡水碎屑岩层中。可见脊椎动物起源于淡水,后来才迁居到海洋中去。可是无脊椎动物则是起源于海洋。 大家都知道鱼类是一种脊椎动物。1
鱼类虽是最低等的脊椎动物,但已具有骨骼、肌肉及消化、循环、呼吸、排泄、生殖、神经感觉等相当完备的器官系统,能够进行极其多样化的生命活动。其形态构造除与系统发育有关外,更反映了对水环境的适应性。
鱼类,作为地球上最古老的脊椎动物的一个类群,其漫长的演化历史一直是众多的生物学家感兴趣的问题。鱼类的出现,标志着从低等、原始的无脊椎动物向脊椎动物进化的一个质的飞跃;鱼类的发展、演化又提出了脊椎动物进化的明显谱系。一切高等动物,两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类,甚至我们人类自身都是在此基础上发展而来的。
研究古生物通常以化石材料为根据。科学家通过放射性同位素来测定岩石的绝对年龄,并划分成不同的地质年代。这些地质年代中保存下来的古生物,记录了当时的环境条件和生物信息,经过千万年的沉积,形成化石,成为研究地质历史和1参考文献:李孝颐!重庆. 鱼类的起源和演化[J]. 中国钓鱼, 1998, (08) .
生物进化史的根据。
鱼类的化石并不十分丰富,但它们依然能够展示出古今各种鱼类发生、发展的过程。
最早的鱼类化石沉积在寒武纪和奥陶纪的岩石里,距今己有大约4亿年的历史了。通过对岩石的研究,人们知道这种最早的鱼类生活在咸水环境里,或者说是生活在海洋中。虽然这些化石鱼类的形态并不完整,骨骼也变成脱了节的分散的碎片,人们仍可看到这种最古老的鱼类的典型特征——它们的身体外面披有铠甲一样坚硬的外骨骼,在志留纪的岩层中科学家才找到鱼类最早的完整的化石。这些原始的鱼类浑身布满了坚硬的甲胄,具有扁平的前背甲。由于它们没有颌,所以被称为无颌类,它们可以说是最古老的鱼类,因为穿了甲胄,它们无疑地不能过游泳生活,只能生活在水底沉积物中。应该说,它们是一群不会游泳的鱼类。无颌类的内骨骼没有被保存下来,所以科学家们推测它们具有软骨骼,像现在我们见到的软骨鱼类鲨鱼和鳐鱼一样。
大量完整的无颌类化石是在泥盆纪找到的,可谓鱼类初生时代。中生代的侏罗纪和白垩纪(距今约1.3亿年到1.6亿年),是鱼类中兴时代。新生代时,各种古今鱼类共存于海洋和地球上的其他水域,鱼类家族达到全盛。
在无颌鱼类的基础上,最早的有颌鱼类也发展了。先是出现了骨质鳃弓,由鳃的前部经特化功能形成,这是早期支撑呼吸器官的一种体系。最初的颌是由几个硬骨鳃弓改造过来的。鳃弓最初埋在肌肉里,在进化过程中,颌与头部背甲融为一体,从而形成了一个更坚固、更有效率的进食器官——咀嚼器。
原始有颌类也称作盾皮鱼,它们在泥盆纪盛极一时,但到泥盆纪末已大部分灭绝了。一般认为,软骨鱼类和硬骨鱼类都是由盾皮鱼演化来的,它们分别朝不同的方向发展。但尚未找到十分清楚的证据证明这个推论。一些盾皮鱼仍具有扁平的身体,像它们的祖先一样;但是大多数都变成流线型,甲胃也减少了。这种变化使它们获得了很强的游泳能力,它们大都生活在淡水环境里。软骨鱼类也脱去了沉重的甲胃(但仍有背板的痕迹),发展出更加强劲有力的适合游泳的肌肉组织。有些科学家认为,软骨鱼类是“原始”鱼类,但它们是否真正地比硬骨鱼原始,还有待证实。
有关脊椎动物颌的发生与进化的研究,是从上个世界进行的胚胎学研究开始的,它揭示了进化中的一个重要过程。颌的出现,说明动物的某个新的重要的特征的出现可以使一个类群的生活领域扩大到以往不能生活的地区。这以后,鱼类得到了迅速扩展,成为今日最普遍的游泳生物类群。
硬骨鱼最初生活在淡水里,后来逐渐向海洋伸展,终于成为海中鱼类的优势类群。在进化过程中,它们产生了内部硬骨骼,把僵硬的甲胄变成了薄薄的鳞片,从而使动作敏捷灵活,大大提高了运动速度。有关的进化还有,出现了成对的鳍,被骨质鳃盖保护的鳃裂,以及鳍演化出硬棘等等,这些都增强了硬骨鱼的运动能力。
今天人们划分的硬骨鱼的两个类群中,辐鳍鱼类在数量和种类上都大大超过另一种鱼——内鼻孔鱼类。内鼻孔鱼类包括一些形态和构造都很特殊的原始种类。它们都具有内鼻孔构造,这样,它们可以把嘴闭上而并不影响呼吸。正是由于具有内鼻孔,使得滞留在潮间带或将干涸的小水坑中的鱼类开始呼吸空气。
内鼻孔鱼类今天能见到的只有肺鱼和矛尾鱼。矛尾鱼隶属空棘日腔棘纲。它被誉为活化石,在1938年以前一直是科学家们认为是已经灭绝了的种类。第一尾矛尾鱼是1938年被一名渔民在非洲东南海岸捕到的,这一发现轰动世界。以后又
陆续捕到,证实这一古老鱼类仍生活在现代的海洋里。腔棘鱼的重要特征是,鳍成叶状,具有肌肉,并有相连的辐棘,从而使一些鱼可以在陆地上爬行。它们和两栖类有密切的亲缘关系,人们认为两栖类就是从此演化而来的。
三:爬行类动物的起源与演化。
传统上认为爬行类是两栖类进化到哺乳类的中间环节。它包括无孔类、双孔类(调孔类)和下孔类爬行动物。近年以支序分类学为基础的分类方案中,下孔类(包括哺乳动物)被认为是羊膜类的一支,和爬行类形成姐妹群关系。
在爬行动物的生殖发育过程中,卵的结构和胚胎发育也出现一些变化,卵外包着坚硬的石灰质外壳,能防止卵内水分的蒸发,同时是体内受精,摆脱了生殖发育中受精时对水的依赖;胚胎发育中出现羊膜和羊水,胚胎可以在羊水中发育,既可防止干燥,又能避免机械损伤。
爬行动物在中生代很繁盛,几乎遍布全球,恐龙就是当时的代表。以后由于气候和地壳的变动,绝大多数种类灭绝。现存种类约5000多种,常见的有蜥蜴、蛇、龟、鳖、鳄鱼等。他的祖先是两栖类。
爬行纲是体被角质鳞或硬甲、在陆地繁殖的变温羊膜动物。是一支从古两栖类在古生代石炭纪末期分化出来产羊膜卵的类群,它们不但继承了两栖动物初步登陆的特性,而且在防止体内水分蒸发,以及适应陆地生活和繁殖等方面,获得了进一步发展。爬行类是真正的陆栖脊椎动物,同时古爬行类还是鸟、兽等更高等的恒温羊膜动物的演化原祖,因此,本纲动物在脊椎动物进化中具有承上启下、继往开来的重要意义。
爬行纲在地质史的中生代曾盛极一时,种类和数量极其繁多,在中生代的末期出现衰退。现存种类只包括鳄、龟、蜥蜴和蛇等动物。其中个体最大的是产于亚洲东南部的网蟒,全长可达9.9m,而最小的蜥蜴为斑点圆趾虎,全长却只有36mm。除南极地区外,分布几乎遍及全球而尤以南半球的种类更为繁多,能栖息于平原、山地、森林、草原、荒漠。海洋和内陆水域等各种生活环境,少数几种蜥蜴(西藏沙蜥、红尾沙蜥)的最高垂直分布点可达海拔五千多米的青藏高原寒漠地带。
中生代是爬行类时代,在地球上的各种生态环境中生活着各式各样的古爬行动物,尤以体躯巨大的恐龙,为当时地球上的一霸。它们在这1亿多年的漫长岁月中,食量愈来愈大,相应的体型也愈来愈大,而生活习性和食性又都向着专一化的方向发展,能较优越地适应于所栖居的特定环境条件。中生代的气候十分稳定,季节的以及纬度变化的温差均轻微。以电子计算机模拟这种条件下的大型爬行动物体温表明,仅依靠其自身的热惰性就能维持较为稳定的体温。但到了中生代末期,地球发生了强烈的地壳运动长山运动(我国的喜马拉雅山和欧洲的阿尔卑斯山就是这个时期形成的)。由于地壳剧变导致的气候、环境的巨大变更,使植物类型也发生了改变,被子植物出现并替代了裸子植物而居于优势。这些都给食量大而又狭食性的古爬行类带来严重的后果,加以恒温动物、特别是哺乳动物的兴起,
使古爬行类在生存斗争中居于劣势,导致相对突然地大量死亡和绝灭,从而结束了盛极一时的爬行类的黄金时代。
上面介绍了鸟类、鱼类、爬行类动物的起源于演化;在这门课中让我们更多、更深层次的认识了生物生命的起源于演化。
一,一般进化论:物种是可变的,现有的物种是从别的物种变来的,一个物种可以变成新的物种。这一点,早已被生物地理学、比较解剖学、比较胚胎学、古生物学和分子生物学等学科的观察、实验所证实,我们现在甚至可以在实验室、野外直接观察到新物种的产生。所以,这是一个科学事实,其可靠程度跟“地球是圆的”、“物质由原子组成”一样。在今天,除了极其个别的由于宗教信仰偏见而无视事实的人,实际上已无生物学家否认生物进化的事实。
二,共同祖先学说:所有的生物都来自共同的祖先。分子生物学发现了所有的生物都使用同一套遗传密码,生物化学揭示了所有生物在分子水平上有高度的一致性,最终证实了达尔文这一远见卓识。所以,这也是一个被普遍接受的科学事实。
三,自选选择学说:自然选择是进化的主要机制。自然选择的存在,是已被无数观察和实验所证实的,所以,这也是一个科学事实。但是,现在学术界一般认为,自然选择的使用范围并不象达尔文设想的那么广泛。自然选择是适应性进化(即生物体对环境的适应)的机制,对于非适应性的进化,有基因漂移等其他机制。也就是说,不能用自然选择来解释所有的进化现象。考虑到适应性进化是生物进化的核心现象,说自然选择是进化的主要机制,也是成立的。
四,渐变论:生物进化的步调是渐变式的,是一个在自然选择作用下累积微小的优势变异的逐渐改进的过程,而不是跃变式的。这是达尔文进化论中较有争议的部分。在达尔文在世时以及死后相当长一段时间,大部分生物学家,特别是古生物学家,都相信生物进化是能够出现跃变的,认为新的形态和器官是源自大的跃变,而不是微小的变异在自然选择的作用下缓慢而逐渐地累积下来的。包括赫胥黎在内的一些古生物学家由于强调生物化石的不连续性,而持这种观点。在遗传学诞生之后的一段时间内,早期遗传学家们由于强调遗传性状的不连续性,也普遍接受跃变论。在20世纪40年代,“现代综合”学说将遗传学和自然选择学说成功地结合起来,渐变论逐渐占了优势。但是近二、三十年来,古生物学和进化发育生物学的研究表明,生物进化过程很可能是渐变和跃变两种模式都存在的,跃变论又有抬头的趋势。不过,进化论所说的跃变,除了某些非常特殊的情形(例如植物经杂交出现新种),并非是指在一代或数代之间发生的进化,而可能经历了数千年、数万年乃至数百万年,只不过以地质年代来衡量显得很短暂而已。2
总之,生物的进化与演化都是随着社会的发展、科学的进步而向着物种的多样化进行的。
2 参考文献:达尔文《进化论》