生命的演变和进化

生命的形成和演化,实际上是宇宙空间的一定的局部区域(局域)中物质在适当的环境和条件下,经过一定的物质化学变化过程,产生、形成生命形态的物质并发生一系列的形态演变或演化过程,从而表现为生命的物种进化的物质演化过程或“特殊”形式的物质演化过程。

生命的演化过程包括两个阶段,一是物质由无生命的物质演化成有生命的物质的过程,二是有生命的物质继续演化,由低级生命形式向高级生命形式演化的过程,前者是生命的形成过程,也称为生命的化学演化过程,后者是生命的物种演化过程,是生物界的生物进化和种属、种群的发生、发展和替变过程。

生命演化的化学过程生命形态的物质是在一定的环境和自身因素条件下,由无生命的一般物质逐步发展、变化而来的,这个过程本身是一个长期的复杂的化学变化过程,其过程的时间长度要以数以亿年计;生命形态的物质的活动方式的特征在于,它们一方面能够与外界进行物质交换,以进行自身的生命代谢活动,另一方面,它们能够进行自身的个体复制,产生结构、功能一致的子代个体,这是生命形态的物质活动方式的最基本特征,只有符合这个特征的物质才可以称为生命物质,生命物质的实际存在形式的最基本、最典型的结构是细胞,细胞可以称为最完整的生命形式的物质的体现;物质从无生命物质到有生命物质的演化,要经过以下几个过程,首先是简单的有机物小分子和无机物分子通过化学变化合成复杂的有机物小分子的过程,其次,是复杂的有机物小分子合成有机物大分子的过程,再次是有机物大分子结合成生命的最基本物质形式——细胞的过程,细胞的形成,意味着生命形态的物质最终形成了,接下来,则进入生命的物种演化过程,即生物本身的演化过程阶段。

(1)简单的有机物小分子和无机物分子合成复杂的有机物小分子的过程在生命形成以前的早期无氧环境中,自然界中的氨、水和甲烷、氰化氢等无机和有机物小分子物质,在一定能量——如闪电和紫外线的激发下,逐步合成氨基酸、脂肪酸、糖类等和其他一些复杂的有机化合物质,这些物质落入海洋中,进一步发生接触作用,在适当的条件下,就会向更复杂的有机物大分子转化。这个阶段,是生命物质形成的最初阶段,它是最基本的化学变化阶段,它的条件要求相对简单一些,只要在无氧、温度不过高或过低的条件下即可,这个阶段形成的物质,只有在适当的条件下,才能向生命形成的第二阶段的物质形式转化,从而形成更复杂的有机大分子。

(2)有机物小分子形成有机物大分子的过程。上述过程形成的有机物小分子,会随着雨水落入海洋中,它们彼此在紧密接触的情况下,发生更复杂的化学作用和反应,形成更大的分子聚合体形式如肽链和糖聚体以及彼此之间形成的更多的、更复杂的化合物,如某些可以作为有机大分子之间反应的简单酶类,这些物质在海水中由于波浪的搅拌和施加能量,逐步向具有生物结构的生命物质形式过渡。

(3)复杂有机物大分子向细胞形式的生命物质过渡复杂的有机大分子在海水的推动下,经过适当强度和能量的搅拌,其中一些憎水性的物质会逐渐细化形成一些微小的液滴,这些微小的液滴中间可能包容一些其他的有机物大分子,例如肽链分子等,它们组成一个和外界隔离起来的物体,称为团聚体,团聚体是形成细胞过程的最初物质形式,它发展的较完善形式,能与外界交换物质,使自身物质更新甚至“生长”,甚至使自身“生长”,但不能进行主动的自我复制,其逐渐“长大”的个体,会随着波浪的搅拌而自行碎裂,分裂成两个或两个以上的个体,所以可看成是一种具有复杂活动的、包含生命形式的物质活动萌芽的有机物质的构合体,本身还不是真正的生命形式的物质,有关团聚体如何演变成细胞的过程,至今还没有搞清楚,可以想这个过程的化学变化过程是很复杂的,必须有更多的物质参与才行,中间也必须经过多步的逐步缓慢变化才能最终完成这个过程,首先,其中的肽链在环境合成的更多的物质的作用下,会进一步合成简单蛋白质,作为构造细胞的物质,其次,氨基酸会异构成核苷酸,它们再进一步合成简单的寡核苷酸,并在适当时候分化出脱氧核苷酸和合成寡脱氧核苷酸,逐步形成细胞内的初步代谢和主动复制过程,最后,寡核苷(脱氧核苷)酸进一步复杂起来,形成较大分子的多核苷(脱氧核苷)核酸甚至核(脱氧核)酸,与此同时,团聚体内功能结构也逐步完善起来,最后形成原始的原核细胞,生命就形成了。

从无生命物质转化为生命物质的中间形式,是原始的生物大分子,这是一种类似今天的病毒结构的半生命物质形式,和病毒不同的是,它们并不寄生在活的生物体内部,而是直接依靠周围的营养物质生活,这种原始的生物大分子的最初形式,可能是一种类似于阮病毒似的结构的物质形式,即通过只有蛋白质的物质形式组成它的分子结构,而没有核酸,以后则可能进一步分化出逆转录式的分子结构体,相当于反转录的病毒分子,即以核糖核酸为模板,以脱氧核糖核酸为信息和转运因子合成体蛋白,最后才分化出正转录式的分子结构体,这种分子结构体进一步完善起来,就形成了细胞,即生命的最完备形式的物质存在方式。这种转化过程中的一些原始的生物大分子,在细胞生物出现以后,加之其他一些新的环境因素的影响下,逐渐改变生活方式,变成寄生性的物种,演化为今天的各种病毒种类。

生物形态的演化,是指直接的物种形式的生命形式的演变或演化过程,分为两个阶段:早期生物演化阶段和以后的生物演化阶段,现分别介绍如下。

(1)早期生物演化阶段:早期生物演化阶段,是指细胞形成以后到动植物分化这一阶段的生物演化阶段,这一阶段中的生物均是以单细胞形式存在的,在这一阶段中,细胞以周围的现成有机物为食,这些有机物原本存在于海洋中,是生命形成过程中残留下来的物质,同时由大气中形成的新的有机物不断补充,细胞利用阳光的能量,将水分解成氢和氧,然后利用它们的化合释放出的化学能,用于体内生物合成和代谢(吸收和排泄)的能量,合成生物体内各种生命和生长代谢的物质,如蛋白质和核酸、脂肪等物质,供生物体生长和发育的物质需要,这种过程要进行到大气中的有机物来源耗尽为止,在这以后,生物体由于环境变化的原因,将发生进一步的形态分化,进一步分化为原始的植物和动物两个不同的基本生物形态或分支类型,向着不同的方面或方向演化,从而进入以后的生物演化阶段。

(2)生物演化的高级阶段从植物和动物的分化开始,生物界进入它的生物演化的高级阶段,这种阶段也称为生物演化的自组织阶段,其特点是食物的供给不再只依赖于外部环境的提供,而是在利用外部环境的简单物质的同时,主要以生物界内部的循环式利用为主,以维持生物界的存在。

这种演化阶段可分为单细胞生物演化阶段和多细胞生物演化阶段两个部分,在单细胞生物演化阶段中,原核生物的植物种属分化为细菌和含有叶绿体的藻类,并且一部分原核植物演化为真核植物,使之出现了真菌和真核藻类。伴随着这种发展,一方面植物界内部先后出现了不同的寄生生物种,另一方面则出现了高级的单细胞种类,因此,植物界本身发生了一些新的分化。

典型的单细胞动物是原生动物,为真核生物,原核生物中的动菌属于一种亚动物,它有和一般动物的不同之处。典型的动物和植物界的寄生物种或动菌不同的地方在于,植物界的寄生物种身体是不能运动的,而且它们的寄生方式是侵入细胞内取食(细菌),或由细胞的外膜从具有营养的外部环境中进行渗透吸收(真菌),动菌虽然能够运动,但和不动菌的取食方式却是一样的,而动物则不仅身体能够运动,而且取食的方式是将整个食物由口吞下去,然后再进行消化吸收和排泄,所以两者是不同的。原核生物向真核生物的演变过程,目前科学上还没有搞清楚,关于真核细胞的形成过程,可能是不同种类的原核生物彼此之间接触共生,例如像链状的葡萄球菌那样,以后逐渐进化变异、合并为一体,演化为同一细胞的不同细胞器而形成的。

动植物分化和形成的后果,是由于植物的代谢,大气中的微溶于水中的二氧化碳被植物吸收,而游离氧被分离出来,因此,大气中二氧化碳逐渐减少,氧逐渐积累增多,与此同时,氮被死亡植物的代谢活动重新释放出来,逐渐形成现代的生物大气结构的大气物质组成形式,由于动物和植物界的寄生物种对氧和植物体有机物的消耗,以及微生物对死亡动植物体的分解利用,形成了生物界内部的物质循环过程和生物界、无机界之间的物质循环过程,生物界的物质运动,由早期的开放式的交换过程演变为现今的封闭式循环利用过程,奠定了今天的生物界的物质活动方式和基础。

多细胞生物的出现,则是生物界进一步发展过程的产物,这个过程历时很长时间,最初大约发生在五亿年以前,这是大气中游离氧积累到一定阶段的产物或结果,其结果是,两类生物体由此获得了更多的制造能量的物质,从而使单细胞的生物体组织分化,向更复杂的生物体形式演变、融合更多的细胞共同生活成为可能,从而使原来的单细胞生物逐渐发生了进一步的身体变构,形成了新的多细胞的同体生长和各个不同细胞的组织功能分化从而产生生物体的不同的组织器官形成和分化的现象,从而使生物体在组织结构上大大分化发展起来,形成多细胞生物的生物体形式。有关生物体或生物物种的演化的具体过程和原因,我们前面已经说过了。

对于植物界大致从低等植物中的菌藻类开始,到高等植物中的苔藓植物、裸子植物和被子植物这一进化过程,演变为今天的植物种类和物种形式,不同的植物物种在一定的当地条件下,又发展为植物群落;而动物则大体是按早从单细胞的原生动物到多细胞的腔肠动物、线形动物、节肢动物等无脊椎动物形式进化为脊椎动物形式这一过程,逐渐进化为今天的各种动物种类和动物群落,并在这种进化过程中,由古猿这种生物中的一支,逐渐进化为人类,形成了高级的文明的生物进化的形式。