生命起源与演化

第一组：生命的起源与早期演化

   生命的起源与早期演化经历了化学演化阶段——冥古宙(Hadean, 4600-3800 Ma)→原核生物阶段（太古宙）→真核生物阶段（太古宙-元古宙初期）→早期多细胞生物（后生生物）阶段（元古宙）等4个主要阶段。

一、化学演化阶段----冥古宙 (Hadean, 4600-3800 Ma)

   化学演化，是由无机小分子物质一直到原始生命的出现。这是一个漫长的过程，长达约10亿年。主要演化过程为：

   ① 由原始海洋中的无机小分子物质，如氮(N₂)、氢(H₂)等分子和氨(NH₃)、水(H₂O)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)等化合物，在紫外线、电离辐射、高温高压等条件影响下生成有机小分子物质（如氨基酸、核苷酸及单糖等）；

   ② 在原始海洋中这些有机小分子物质形成生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖、类脂等）；

   ③ 由许多生物大分子聚集形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系；

         ④ 由多分子体系演变为原始生命；它们既能从周围环境中吸取营养，又能将“废物”排出体系之外，构成生命的原生体。这些生命的原生体的出现使地球上产生了生命，把地球的历史从化学变化阶段推向了生物进化阶段。

在紫外线、电离辐射等影响下形成有机小分子及生物大分子               

   科学家们对于上述4个不同的阶段进行过模拟实验，取得了较为一致的结果。最早的生命可能起源于海底水热喷口附近，那里具有化学进化的有利条件。

二、原核生物阶段----太古宙 (Archaean, 3800-2500 Ma)

   地壳变冷，地球上的岩石开始形成，大气圈薄，充满甲烷（CH₄）、氨气(N₂）等气体。最早的生命—原核生物（prokaryota），如古菌（Archaea）、真菌（Eubacteria）、蓝菌（Cyanobacteria，又称蓝绿藻或蓝藻, 一种光合自养生物）开始出现（产地：澳大利亚西部—约35.5亿年；非洲--32亿年，等）。

迄今最古老的单细胞化石（澳大利亚，距今约35亿年（据W.Schopf）

      原核生物没有明显的细胞核，其核物质DNA和RNA呈线状；它们利用水作为供体、利用日光将二氧化碳（CO₂）还原为有机碳化合物，并释放出氧气；它们与沉积层之间相互作用形成叠层石（stromatolites）。氧气的聚集使臭氧层遮蔽了太阳紫外线的辐射，保护了生命；同时为铁等矿产形成创造了条件。生命中仅有菌藻类的状况持续了约10亿年，蓝绿藻占统治地位长达28亿年（3500-700 Ma）。

三、真核生物阶段---元古宙早期 （Early Proterozoic，2100-630 Ma)

   真核生物是具有真正的细胞核的生物，包括我们日常熟悉的动、植物等。原始的真核生物是单细胞、微体、进行有丝分裂、能进行光合作用的水生生物。真核生物出现于距今约21亿年或更早些，它们具有一个或多个由膜包裹的细胞核，遗传物质DNA含于核中。因此，大多数真核生物包含两个相，互相交替，称为“世代交替”。从原核生物过渡到最原始的真核生物，完成了细胞演化中最重要的一步。我国华北的长城系（约17亿年）有真核生物化石的记录。

含真核生物的化石（美国密执安，21亿年）

 四、早期多细胞生物（后生生物）阶段（ca. 630 -543 Ma）

   原始单细胞真核生物向多细胞的后生植物（metaphyta）和后生动物（metazoa）的演化是早期生命演化的重大事件之一，出现于距今6.3亿年左右。所谓后生动植物是指由多细胞组成的，组织结构有进一步分化的生物。 代表性的生物群包括：澳大利亚的伊迪卡拉生物群(Edicara，距今约5.8亿年)、俄罗斯的文德生物群（Vende）、中国贵州的瓮安生物群(距今约5.8亿年)、庙河生物群等均属此时期。我国辽南及吉林南部可能有此阶段晚期的化石存在。

元古宙主要生物群分布简图

第二组：伊迪卡拉生物事件 (Edicaran Bio-Event)

一个在生命演化上失败的尝试

   伊迪卡拉（Ediacara）生物群是斯普里格（R.Sprigg）1947年在澳大利亚中南部伊迪卡拉地区的庞德砂岩层中首先发现的，时代距今约5.8亿年。现已发现有19属24种，形态奇特，多保存为印痕化石。它们多呈扁平的椭圆形或条带形，具有平滑的有机质膜。德国古生物学家Seilacher认为它们可分为辐射生长、两极生长和单极生长3种类型；除辐射生长类型中可能有与腔肠动物有关系的类群外，其他两类与寒武纪以后出现的生物门类无亲源关系。尽管它们形态结构原始，但它们是在元古宙末期大气氧含量较低的条件下，后生生物大规模占领浅海的一次尝试。它们未增加内部结构的复杂性，只改变躯体的基本形态，使体内各部分充分接近外表面，在无内部器官情况下进行呼吸和摄取营养。伊迪卡拉生物群是后生生物出现后的第一次适应辐射，这一发现使科学界明确了寒武纪之前已出现了多细胞的后生生物。我国贵州瓮安生物群、安徽蓝田生物群、庙河生物群及俄罗斯文德生物群等均是这一时期的生物事件产物。

澳大利亚伊迪卡拉生物群化石产地             澳大利亚化石

澳大利亚伊迪卡拉生物群 (Edicaran Biota) 

第三组：寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)

   当生命演化进入距今约5.4亿年时（即寒武纪开始），绝大多数无脊椎动物门类（如节肢动物、软体动物、腕足动物、环节动物等近20个门类)在几百万年的短时间内“突然”出现了，而在寒武纪之前的古老地层中迄今尚未找到它们的踪迹，这种现象被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”(Cambrian Explosion)。达尔文在其《物种起源》中曾对这一现象表示困惑，但他认为寒武纪动物一定是来自前寒武纪动物的祖先，是经过长时间的进化而产生的；只是由于地质记录不完全或在寒武纪地层中尚未找到化石所致。全世界目前具代表性的、展示“寒武纪生命大爆发”的生物群主要有3处：我国的澄江生物群、凯里生物群和加拿大的布尔吉斯生物群；而我国澄江生物群为全世界时代最早。

穿越场景影像：寒武纪澄江海底世界

第四组：生物登陆

（一）最早登陆的植物

   大约4.5亿年前，蕨类和裸子等植物以其旺盛的生命力在陆地蔓延。这些植物高约40厘米左右，颈上长满了带刺的小叶。海岸的沼泽里， 苔藓。他们都是海藻一类植物的后代。植物登陆以后，以植物为生的昆虫也很快登上了陆地。

   1、海藻

   2、苔藓

   3、蕨类

   4、裸子

（二）首批登陆成功的原始两栖动物

   最早的两栖动物是在古生代泥盆纪晚期，出现了有鼻孔并能呼吸空气的鱼类，它们用肺呼吸。第一批登陆的原始两栖动物生活得颇为艰辛。由于呼吸系统进化不完整，使得它们不能远离水源，而且它们的卵也只能孵在水中。从石炭纪晚期以后，许多古代两栖动物灭绝了。所产的卵有硬壳，可以防水并在陆地孵化，慢慢地这些两栖动物就进化为原始爬行动物。

   1、能呼吸空气的鱼类

   2、青蛙

   3、蝾螈

   4、蛇螈