按照进化论的说法,生命是如何从简单生命进化到复杂生命的呢?
(原核生物的蓝藻,这不是绿的么?确实,也叫蓝绿藻?)
感谢小秘书邀请。
需要先澄清一下,生命,或者叫生物,不是“按照进化论的说法”进化的;地球上生物的进化,是一个客观存在的自然过程。有一个很牛很著名的生物学家恩斯特.迈尔,他说,不要把进化论只看作是理论,进化是事实也是历史——这个理论科学地揭示和描述了这些事实和进程而已。 (35亿年前细菌化石)
一,进化论揭示,生物的进化,不是一个由简单到复杂,或者说由低级向高级递进的过程。的确,早期的一些进化论学者,曾确信进化使生物变得越来越复杂——由简到繁,由低到高。但到了20世纪末,这种观点已被众多的科学研究所更改—— 更早出现的原核生物,数十亿年来,其复杂性并没有增加; 同时,在后来进化出来的真核生物中,也没有证据证明其复杂性有增加的趋势; 特别重要的是,从总体上看,许多动植物,存在着从复杂到简单的进化。比如,寄生生物,在体质和生理方面,进化得越来越简单了。还如,洞穴动物,明显参与了进化过程,其表现出来的特征,也是简单化。再如,哺乳动物中的鲸鱼,其颅骨远没有它们的祖先盾皮鱼的颅骨复杂,其实,所有哺乳动物都是如此。认为进化必然表现为由简到繁、由低到高,是普遍存在的一种对进化论的误解。 (原核生物与真核生物对比)
二,于是,这就涉及到一个关键性问题——进化到底指的是什么,或者说什么是进化。达尔文及其后来众多科学家揭示的进化,正如前面说到的,是发生在地球生物中的一个自然进程。这个进程,不是由哪个“神”决定的;也不是由达尔文及其追随者强加的——而是确确实实发生在地球上几十亿年间的一个缓慢但连续的自然过程。这个过程是非决定论和非目的论的——不是一开始就确定好了要向哪个方向发展;也并不遵循由简到繁、从低到高的规则。进化的本质,是“自然选择”以及由此形成的“生存竞争”的表现。 (生物学家恩斯特.迈尔给出的图)
三,当年,达尔文以有性生殖物种为例,给出了进化的解释模型——
事实1.每一个生物群体都有很强的繁殖力,如果不受限制的话,群体的数量将呈指数增长。
事实2.群体的数量除了每年的暂时波动外,基本保持稳定(这种稳定性可以观察得到)。
事实3.每一物种可以获得的资源是有限的。
推论1.在物种的成员当中存在着激烈的竞争(生存斗争)。
事实4.在一个群体中,没有两个完全一样的个体。
推论2.群体中个体的生存概率彼此不同(即自然选择)。
事实5.一个群体的不同个体之间的差异是(至少部分是)可以遗传的。
推论3.经过许多代之后,自然选择导致了进化。
达尔文强调的是,进化不通过生物个体体现,种群是进化的基本单位。后来的多个科学学科,都证实了以上的三个推论。 (生物学家尼克.莱恩给出的图)
四,约38亿年前,地球上产生了最早的生物——原核生物。大约经历了10亿年的时间,原核生物“独霸”地球。直到27亿年前,从原核生物中进化出来了真核生物。有科学家说,真核生物的产生,是地球上整个生命历史中最重要的事件——使后面的植物、真菌和动物的产生成为可能。原核生物与真核生物的主要区别是——原核生物没有细胞核;DNA位于生殖芽体中;没有蛋白质包裹的染色体;不进行有性生殖;细胞分裂是通过简单的裂变或者出芽生殖,没有减数分裂或有丝分裂;细菌鞭毛由鞭毛蛋白构成,而且鞭毛会旋转;细胞通常很小(1~10微米),有些组成了入侵的聚合体;没有细胞状的细胞器(线粒体等)。真核生物体积是原核生物的10-100倍;有膜包裹的细胞核;有内质网和高尔基体;形成DNA染色体;有细胞器;减数分裂式的有性繁殖;卷曲式鞭毛等。 (恩斯特.迈尔列出的两种生物区别)
五,前面说到的有性繁殖物种的进化模型,也大致适用于原核生物到真核生物的发展——一是自然选择的外部压力,二是同类伙伴之间的生存竞争。一些科学家认为,地球大气的变化是一个重要因素。约38亿年前的生命起源之初,地球大气是还原性的,主要成份大概是甲烷、氨、分子氢和水蒸气,几乎没有自由氧。后来,随着大气养分的增加,给生物进化提供了有利条件。科学家们说,第一个真核生物产生过程,显然经历过嵌合体的形成,而嵌合体则来自古细菌和真细菌的共生。这是从真核生物的部分古细菌、部分真细菌的基因组构成推导出来的。接下来,新生的真核细胞又获得了各种共生体作为细胞器,比如线粒体和(植物中的)叶绿体。这些细胞器大概是相继获得的,因为有些现存最原始的真核生物缺少线粒体或其他细胞内的细胞器。真核生物的纤毛,是由螺旋菌提供的。对于含有染色体的细胞核的起源,现在尚未搞清楚,在细胞核的起源过程中显然没有发生共生现象,生物学家威廉.马丁近些年提出了一个细胞核形成理论,但还需要验证。 (生物学家卡尔.乌斯给出的图)
六,有意思的是在于,自从真核生物产生出来之后,原核生物依然很丰富,而且由于它们具有食腐和寄生的生活方式,可能还会更加丰富。据计算,现在地球上原核生物的生物总量和所有真核生物的生物总量一样多。说到这里大概还会产生一个问题——既然原核生物活的好好的,干嘛非要有一些进化为真核生物呢?真理是生物,或者说生命的本质了,生物是有生命的有机物质——要生存还要发展,举个不很恰当的例子,植物的种子,只要温度和湿度适合,即便在石头缝里也会发芽——27亿年前的地球大气变化,提供了原核生物向真核生物进化的机遇。这就像有科学家以“收割者理论”解释寒武纪物种大爆发一样——当时的原有生物,给产生新的物种提供了食物、养分,包括一些原有生物制造出来的充足的氧等等的发展机遇。
进化论的观点:生物的进化经历了从低等到高等,从简单到复杂,从水生到陆生的大致过程。
首先解释一下题主之问,原核生物与真核生物的区别
地球上的细胞生物分为原核生物和真核生物。原核生物细胞没有成形的细胞核。原核生物全部都是单细胞生物,细胞结构简单,只有唯一的细胞器——核糖体(合成蛋白质)。主要有蓝藻和细菌,还有衣原体和支原体等。
细菌模式图
蓝藻模式图
而真核生物细胞有成形的细胞核,细胞结构复杂得多。即使是单细胞的真核生物也同样有各种不同的细胞器,例如线粒体,内质网,高尔基体,叶绿体(绿色植物),液泡等等。各种不同的细胞器分别执行不同的功能,并且执行效率要高级得多。
至于生物的进化历程的了解,主要依据的是化石。
就目前所掌握的证据来看,最早的生物化石是距今35亿年前的古细菌化石(如下图)
在此之后的大约20亿年的漫长岁月中,地球上的生物主要是海洋中种数不多的蓝藻和细菌,它们都是原核生物。这一时期的生态系统是只有生产者和分解者的两极生态系统。在距今大约15亿年前,真核生物出现之后,有性生殖作为一种新的繁殖方式出现了。生物通过有性生殖,实现了基因的重组,这就增强了生物变异的多样性,生物进化速度明显加快。
在距今约5.7亿~5.0亿年前的寒武纪,海洋中有大量的无脊椎动物物种爆发式地迅速形成,这就是著名的寒武纪大爆发。
大量的动物构成了生态系统的第三极——消费者,这一方面使生态系统具有了更加复杂的结构,另一方面对植物的进化产生了重要的影响。
寒武纪海洋生物类群想像图
同热闹非凡的海洋生物世界相比,当时的陆地上却几乎没有生物。大约在距今4亿年前,由于造山运动使海洋缩小,陆地扩大,一些海洋生物开始适应陆地生活,形成原始的陆生植物,主要是蕨类植物。随后才出现了适应陆地生活的动物——原始的两栖类。生物的登陆改变了陆地的环境,陆地复杂的环境又为生物的进化提供了广阔的舞台,裸子植物和被子植物先后扮演生产者的主角,鸟类,哺乳类等成为地球上占优势的类群,复杂多样的陆地生态系统逐渐形成。