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单细胞生物如何进化成人类

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发表于 2016-1-18 00:21:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

目前地球上还有很多单细胞生物可以供人类研究,但是地球诞生之初,生物的形态可没那么丰富,可以说少得可怜,通过漫长的进化之旅,单细胞生物慢慢的进化成多细胞然后人类。那么这个进化过程到底是怎样的呢?谁给了它们进化的动力的?

生物的每一种形态。不管看上去多么怪异,都是生命进化的结果。

35亿年前,最初的生命只是一个单细胞,这个生命体形成后,原始生命便出现了。生命体的形态如何是其能否存活的关键。形态对于动物非常重要,它关乎动物能否适应周围环境,能否与其他有机体、同类,或与其他种族共存。

动物的形态千差万别,似乎一个比一个奇怪,一个比一个不合逻辑。穿山甲长得奇形怪状;襞面蝠长相很夸张;大型食蚁兽也很怪异。然而,这些奇怪的长相是它们生存所需。

鲨鱼几乎是历史最悠久的动物,鲨鱼出现于4亿年前。起初,鲨鱼的形态多种多样,但是。在进化出圆滑、水雷般的身躯和血盆大口后,它们便成了终极捕食者。它们的身形进化得非常成功,于是再也没有改变过。


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那么,2000万年前,为什么会出现双髻鲨这种新型鲨鱼呢?这个问题一直困扰着科学家们。


在佛罗里达州红树林的沼泽地,海洋生物学家史蒂夫·卡杰拉找到了双髻鲨并对其进行研究。

成年双髻鲨体长能达到6.1米,头部宽1.2米。双髻鲨的数量只占鲨鱼总数的3%,这种形态奇特的生物为何能进化生存下来?为了解答这个问题,卡杰拉将野外的双髻鲨搬进了实验室,寻找解决问题的线索。

双髻鲨大概出现在2000万年-2500万年前。所以说,双髻鲨只是鲨鱼中的新品种。它的头长得十分奇特,起初使生物学家们觉得莫名其妙。

卡杰拉的理论是:包括人类在内,每种动物在心脏跳动或者肌肉收缩时,都会释放出微弱的电荷。所有鲨鱼都能通过头部的一个个小黑孔接收到身边的这种电脉冲。海底生物即使做了伪装,或者静止不动,鲨鱼也能凭借这些电子接收器找到它们。

卡杰拉认为,或许因为双髻鲨头部奇怪的形态就像雷达天线,使双髻鲨更容易捕获猎物。这就可以解释这个怪异头部保存下来的理由了。此前谁也没有对此进行过测试。

卡杰拉将两条窄头双髻鲨和一条柠檬鲨放在大水箱里。他把两块电极板放在水箱底部。只要启动电极,鲨鱼就会把电极板当作猎物。

卡杰拉的助手还在水箱里放了饵料鱼,它会散发出让鲨鱼难以抵挡的香味。气味能把远处的鲨鱼引来。当它咬着鱼的时候,实际上它看不到吃的是什么。它们的眼睛长在前面,嘴巴长在下面,只能依靠“电子感应系统”去吞食猎物。

当鲨鱼有了胃口后,卡杰拉打开了电脉冲,电流只有8.8微安培,刺激很小,但和实际猎物产生的电场差不多。



每次,双髻鲨已咬到“猎物”时,柠檬鲨还在高水位区游着。

双髻鲨也存在缺陷。它们的速度没有其他鲨鱼快,笨拙的脑袋让它们无法捕捉狭窄区域的猎物。它们的头部可能是基因突变的结果,但令它们很好地适应了环境。经过不断进化,双髻鲨的数量可能还会增加。

捕食的鲨鱼进化出了完美的进攻武器,但是,防御一方会怎么样呢?在一群杀手中间,要如何生存呢?

20世纪90年代,印尼海岸边的渔民发现了一种奇怪生物。

看上去它像章鱼,但是,瞬间它会变成周围其他生物的模样。起初,谁也不知道这是什么生物。生物学家马克·诺曼是第一个研究这种形态怪异生物的科学家,他称这种生物为“拟态章鱼”。


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拟态章鱼把腕足伸到身后,游动起来像一条有毒的比目鱼。遭遇攻击时,它把六根腕足缩进藏身的洞里,抬起另外两根腕足,伪装成身上有斑纹的海蛇。如果还不安全,就伪装成有毒的蓑鮋,它的斑纹腕足就像蓑鮋的斑纹脊骨一样。拟态章鱼能伪装成15种生物。有时候,诺曼也不明白拟态章鱼在模仿什么。

5.4亿年前的寒武纪时期,大自然中突然大批出现了各种各样的生命形态。

甲壳类物种是随着新型致命捕食者的出现而出现的。一个物种要想避免被捕食,必须进化出有效的防御手段。

鹦鹉螺有着优雅的环形外壳,能让人想起最初的甲壳类生物。鹦鹉螺虽然令小型捕食者难以人口,但较大的捕食者却能把它整个吞下,因此,它必须快速移动。鹦鹉螺具有流线型身形,它可以通过喷水后退,瞬间速度能达到每小时24公里。



其他甲壳类生物或许就没有这样迅速,它们中很多会在未来1.5亿年间灭绝,或者进化出新的形态,从而生存下来。

乌贼与鲨鱼出现的时间差不多,也是大约4亿年前。它们原本和鹦鹉螺一样也有外壳,但后来退化了。它们依靠坚硬的脊骨,在水中前行。它们不被外壳束缚,身体非常柔软,能够挤进狭小的区域。钻进岩石洞穴的缝隙捕食猎物,这是其他生物做不到的。

乌贼的这一优势弥补了易受攻击的弱点。乌贼虽然没有外壳,但躲藏本领很高,使猎手无法发现它。

1968年,生物学家罗杰·汉隆第一次看到会变颜色的乌贼,于是,他便开始了对乌贼及其近亲——章鱼的研究。

汉隆说,乌贼可以伪装得和环境背景一样。它们让我着迷。每当我以为已经看到了最精彩的部分,它们又会有让人更惊讶的表现,着实让我目瞪口呆。

面对实验室水池中的国际象棋棋盘时,乌贼也能适应。它先刺了一下棋盘,然后在几秒钟内从褐色变成了灰色,背部还形成了一个近乎矩形的图案。它伪装的图案与棋盘的图案相差不大,图案呈分裂形,伪装并不完美,但已可以骗过捕食者。

科学家早已知道,乌贼根据由脑部的信号改变着皮肤的形态,但是,谁也不知道,这种信号是如何传输的。

普遍认为信号是血液中的荷尔蒙传播的。在前人研究的基础上,汉隆团队发现,答案并不是化学物质,而是电流。乌贼及其他章鱼属生物的皮肤都有两层色素细胞。上层的色素细胞有红色、黄色和褐色;下层的虹色素细胞没有颜色,但会随着光照角度的不同而出现五颜六色。

乌贼游动时,大脑会接收穿过眼睛的不同光线,对神经系统发出指令。当虹色素细胞随着光线发生变化时,上层色素细胞会调整成合适的颜色,融入周围的环境。

聪明的皮肤系统用两种方式愚弄捕食者:第一,经过伪装融入背景中;第二,伪装成无法辨认乌贼形态的模样。

2亿年后,乌贼的近亲章鱼也退化了外壳,进化出了同样具有伪装功能的“聪明皮肤”。

跟乌贼不一样的是,章鱼没有一根骨头,身体极其柔软,它的身体是世界上最有弹性的。章鱼几乎是透明的,腕足能完全贴近身体。除此之外,章鱼也有神奇的皮肤。它们的皮肤不仅能变幻出各种各样的颜色,且清晰度极高。而且,还能变化形态,比如分成一个个分支,或者一个个小突起,它们能伪装成碎石、珊瑚或者暗礁。

通过伪装,章鱼可以躲避敌人,偷袭猎物。印度尼西亚最近发现的拟态章鱼还有一个很棒的新技能,它不仅能够融到背景中,还能伪装成恐怖的捕食者。



生物学家马克·诺曼说,它们的伪装本领不是成长过程中学到的,而是进化的结果,拟态章鱼大约是在50007/年前进化而来

的。拟态章鱼的进化符合适者生存的规则,一旦伪装不成功,它们面临的只有死亡。

海洋里的生物第一次来到陆地时,面对的是一个等待征服的全新领地。大约4亿年前,第一批形状像鱼的生物爬上了陆地,要想生存下来,它们的形态必须进化。

几十年来,哈佛大学动物学家法里什·詹金斯一直在挖掘第一批陆地生物的化石。它们都有肢翼,但鱼没有。如果说陆地生物是海洋生物进化而来的,那么,其中的联系又在哪里呢?为了找到问题的答案。詹金斯加入了加拿大北部一处偏僻地带的一群古生物学者的行列。2004年,经过6年的挖掘,他们终于有了重大发现,他们发现了一块鱼化石,化石中的鱼正开始进化成四条腿的陆地动物。

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这条化石鱼是个重大发现。它头部以下覆盖着鱼鳞,但腮下有骨头支撑。

詹金斯说,这是第一次发现脊椎动物的头部和身体有一明显分界线,也就是“脖子”。脖子起什么作用?是为了在陆地上生存。鱼类没有脖子,只有陆地动物才有。水里的鱼可以转动整个身体,它们可以轻松、随意地把头转向一个方向。但是,对于两栖动物或陆生动物来。它们无法快速转身。吃食的时候,它们要将身体的吃食部位转向猎物,所以说,脖子就显得异常重要。

这种生物的奇怪附肢是更重大的发现,它的附肢与大块化石分离了,但也完整地保留了下来。在附肢的空白处有八根桡骨,看起来很像手指,这为后来进化为手掌或脚掌奠定了基础。这是从鱼鳍进化成肢翼的第一个证据,填补了进化史的空白。

考古团队给这一重要发现起名为“提克塔利克”,这是当地因纽特人的词汇,意思是“体积较大的浅水鱼”。

大约3.75亿年前,“提克塔利克”从污泥中爬上陆地,彻底改变了陆地上的生物形态。它们的后代最后进化成了当今陆地上所有的脊椎动物。包括人类。我们的手、脚、腰和脖子就是这样进化来的。

这是历史上一个重大进化分支的起点。

经历了世世代代,最初只在“提克塔利克”身上发现的原始肢翼出现在了爬行动物、鸟类、两栖动物、以及像我们一样的哺乳动物身上。哺乳动物的身体之所以能够伸长、挤压、扭曲成各种各样的形状,所有的一切都是为了生存。

哺乳动物,比如人类,大约是在1.25亿年前进化而来的。我们的大致身体形态在形成后就再也没变过。哺乳动物的骨架都是相似的:一根脊椎、前肢、后肢、一个脑袋、一条尾巴。

虽然哺乳动物的形态基本一致,但也有许多差别,有的很特殊,有的则很奇怪。



肯·卡塔尼亚在范德比尔特大学研究星鼻鼹,他说,这种动物长得非常奇怪,它的脸上、鼻孔周围长了很多附器。仔细看它的时候,会越看越不明白,它跟地球上的生物毫无相似之处。

虽然这种奇怪的星鼻鼹早在100多年前就被发现,但是,科学家仍未揭开它长相的奥秘。星鼻鼹的眼睛几乎看不见东西。长久以来,有一个观点认为,星鼻鼹的星星器官的功能跟双髻鲨头部的功能类似,相当于雷达天线,可以引导星鼻鼹穿过地道找到猎物。

但是,肯·卡塔尼亚发现这种观点并不正确。事实上,这是皮肤上的触觉感受器。星鼻鼹终生生活在迷宫般的地下通道中,食物的竞争非常激烈。凭借星星器官上的触觉感受器,星鼻鼹可以准确、迅速地找到微小的食物。它们从找到食物。吃到嘴里,咽下食物,再去找别的食物,只用十五分之一秒。

为了获得充足的营养活下去,星鼻鼹需要一刻不停地吃。星星器官保证了这一点,但是,它是从何而来的呢?

化石中不会保存皮肤,因此,卡塔尼亚开始研究星鼻鼹的胚胎。因为,胚胎的发育过程或多或少能折射出进化史。通过对星鼻鼹胚胎的研究,科学家认为,数百万年前,星鼻鼹的脸上长出了敏感皮肤带。随着时间的推移,皮肤带从脸的一侧转移到鼻尖上,最后,就像剥了皮的香蕉一样,变成了现在的星星器官。

陆地动物继续以不同寻常的方式进化着,进化到一定阶段后。有一些生物甚至返回了海洋,这就是大自然中的翻新。经过数百万年,适合陆地生活的身体部分又重新进化成满足水中生活的所需。第一种重回海洋的哺乳动物就是当今鸭嘴兽的祖先。

鸭嘴兽的嘴像鸟嘴,但它们不是鸟。它们的脚踝上长着毒刺,能喷出毒汁。它们的骨盆上还长着突起的奇怪骨头。它们的毛发浓密,长相非常古怪,当鸭嘴兽标本第一次被送到伦敦博物馆时,人们以为那是几种动物拼凑在一起的。

鸭嘴兽的形成完全是为了适应周围的环境,为了生存。鸭嘴兽用嘴巴寻找小溪污泥里的食物,用蹼足游泳。游泳时,它们浓密的毛发可以防水,它们身体的每个零件都有各自的用途。



有的哺乳动物返回海洋的时间比较晚,但是,它们的变化比鸭嘴兽更大。

哺乳动物自1.9亿年前出现后,已经遍布世界各个角落。为了生存,它们的形态一变再变。在现今的5000多种哺乳动物中,巴基鲸的变化是最大的。5000万年前,这种既像狗又像老鼠,但基因和河马相近的陆地哺乳动物走向海洋,开始了一种全新的生活。形态也开始发生转变。在陆地上行走时,它们原本有前肢和后肢,后来,当它们进入水里,长期在水中生活,前、后肢就变得没什么用处,于是,前肢就进化成了鳍状肢,后肢就退化了。

经过数百万年的进化,它们最终变成了鲸。鲸在海洋中长出了庞大的体型,但保留了哺乳动物的传统。鲸仍是温血哺乳动物,用肺呼吸,用巨大的乳腺给幼仔喂奶,甚至还长有毛发。

从身长26米的蓝鲸的骨架上,可以清晰地看到5000万年前巴基鲸爪子的痕迹,指骨已经退化成了鳍,像一只连指手套。

鲸在海洋中找到了理想的家园。但大多数哺乳动物都留在了陆地上,它们的形态继续进化,不断适应环境。一系列复杂的因素塑造了它们各种各样的形态,比如我们既熟悉又陌生的长颈鹿的长脖子。

达尔文认为,长颈鹿长长的脖子是为了吃到树顶的叶子,但是,长颈鹿的脖子不一定需要那么长,否则小长颈鹿也活不到成年了,所以,低处也一定有吃的。那么,长脖子到底有什么用途呢?

纽约理工学院解剖学教授尼克斯·索罗尼阿亚斯认为,吃树顶的叶子确实是影响长颈鹿脖子长度的一个因素。为了支持长脖子工作,长颈鹿进化出了自然界中最强壮的心脏。长颈鹿心脏到头部的距离很长,为了防止每次低头时血压变化过大导致头晕,长颈鹿需要一个特殊的供血系统。为泵出足够的血液,长颈鹿的心脏很大,是人类心脏的25倍。

2001年,科学家发现了长颈鹿形成长脖子的另一个因素——交流。



当长颈鹿向后倾斜,做出“甩头”姿势的同时,会发出人类无法听到的次声,这种声音大象和犀牛也会发出。

这时,其他长颈鹿在听,因为,它们有的转过了脑袋。有的动了动耳朵。

索罗尼阿亚斯认为,长脖子可能形成于长颈鹿数量最多的历史时期,也就是800万年前。那时候,森林里和大草原上,动物的种类是现在的三四倍。比如斑马的种类就有六七种,犀牛的种类有七八种,另外,还有很多羚羊,那是一个非常热闹的时期。

长颈鹿能够置身于喧嚣之上,依靠进化而来的高高在上的头获得清晰、无干扰的信号。它们炼成长脖子的第三个原因就是,它们需要使用头部。雄性长颈鹿的脖子像一根灵活的棍子,它们会使劲地甩动脖子击打对手,从而霸占领地。获胜者能得到较多的雌性。

雄性长颈鹿脖子越长,越强壮,跟雌性交配的机会就越多。它们繁殖的后代,随着时间推移,脖子就会越来越长。但是,长脖子也会带来危险。长颈鹿的角曾经跟近亲羚羊的角一样长,一样锋利,相互搏斗时,脖子变长后,角就会杀死对手。但是,我们从进化证据中发现。它们的角变得比较钝了,从而无法杀死对手。虽然搏斗非常激烈,但是,在进化过程中。一个个体不能杀死另一个个体。



从进化的角度来说,吸引异性交配和繁殖后代是生命的全部意义。雄性通过展示吸引雌性,从而进化出了各种各样的生命形态。

突眼蝇的头部,看起来像根天线,它的脑袋长在长柄上显得极大,而眼睛长在顶端。你想象不到地球上还有这样的生物,它们的脑袋长得太奇怪了。

在马里兰大学的实验室里,威尔金森养了成千上万只突眼蝇,雄蝇的体型有大有小。威尔金森发现雄蝇个头大小十分重要,一代代的雌蝇都喜欢跟柄最长的雄性交配。这是一种不可理解的行为,因为,长柄似乎会增加这个种族的死亡率。

威尔金森说,眼睛长在长柄上,飞行时加速和转身都会比较困难,所以。很难看出眼睛长在长柄上的苍蝇有什么优越之处。

为了寻找线索,威尔金森研究突眼蝇的胚胎和幼虫,试图在基因形成眼睛和头部时将其分离出来。他说,要找到形成头部的基因。必须先找到形成头部的细胞组织,这种组织是在幼虫阶段开始时形成的。

在长柄突眼蝇和短柄突眼蝇的胚胎和幼虫阶段,威尔金森分离出它们各自的基因,他发现了它们之间的差别:短柄突眼蝇缺少生育雄性的基因,也就是说,它们不能生儿子,只能生女儿。短柄突眼蝇无疑会毁灭整个种族。




如果没有某种因素阻止这种现象,这个种群最终会灭绝。因为,雄性没有了,只剩下了雌性。(图9)

长柄突眼蝇在我们看来长得很奇怪,但对雌性突眼蝇来说却是最理想的伴侣。正因为如此,突眼蝇不仅没有灭绝,反而是进化成功的典范,如今的突眼蝇几乎跟5000万年前的化石上的差不多。它们奇怪的形态就是成功繁衍的关键。

亿万年来,动物的形态发生了翻天覆地的变化,只要成功,就能繁衍生息。不管多么奇怪:怪异的脖子、奇特的耳朵、几乎没有毛的皮肤。其实,人类的长相跟星鼻鼹一样奇怪。

35亿年来,地球上的生命十分兴旺,每种生命形态都是得益于诸多因素而成就的。人体的特殊形态也是进化的结果。

解剖学家布鲁斯·拉蒂默说,我们觉得双髻鲨和长颈鹿长得都有点奇怪,但是,我们跟它们一样长得奇怪。人类的身体在动物世界里与众不同,非常奇特,甚至奇特的动物也比不上人类奇特。



拉蒂默认为,人体形态形成的原因,很大一部分在于我们祖先的一个举动——站立。

他认为大概450万~500万年前,人类的祖先就开始直立行走了。我们用两条腿行走,也就是说,我们可以一条腿站立,这是一种非常特别的行走方式。到目前为止。除了我们和我们的祖先之外,其他哺乳动物都没有这种行为。

人类祖先直立行走是为了解放双手,从而可以拿取食物和更好地照顾孩子。双手的解放促进了工具的使用,从而有了煮熟的食物,营养更加丰富,头部变得更大,这也令人类遍布世界各个角落。这一切都是直立行走带来的。而直立行走改变了人体的结构,首先,脊柱发生了变化。

拉蒂默说,人类近亲大猩猩的脊柱是直的。为了迁就行走时的生物力学,人类的脊柱发生了改变,经过百万年后,形成了4个生理曲度。



背部下方是腰椎前凸,腰椎前凸是为了让产道打开,要保持骶骨那样的倾斜。如果头在整个身体前方我们就走不了路了,所以,必须要有一个弯曲,这个弯曲在我们后背下部形成一个凹度。有了这个凹度,我们的躯干就能在臀部上方保持平衡。但是,不能太后仰,所以在相反的方向也有一个弯曲。另外,为了使我们的头不能太往前伸,脖子也有一个弯曲。(图组10)

弯曲的长脊柱、膝盖可以并紧、桶状的胸腔,这些都是100多万年来努力练就直立行走这种技能的结果,但是,这个技能不是轻易就能学会的。

其实,八九岁的时候,人才真正开始学走路。看看幼儿走路,他们跟成人并不一样。像成人一样走路,需要有神经肌肉传导,这需要长到一定岁数才会有。另一个例子是盲人儿童不会本能地站起来。必须有人教他们,这确实是一个需要学习的行为。

布鲁塞尔自由大学机器人技术实验室一直致力于开发一种人体比例的可以自由行走的机器人。人体是一部极其复杂的“机器”,全身共有600多块肌肉。我们还没有完全弄清我们是如何行走和奔跑的,因此,我们可以通过制造没有那么复杂的机器人去了解人体的奥秘。

人类的直立行走改变了身体形态,其他一些生物也曾尝试过用两条腿行走。比如霸王龙,也能用两条腿行走。如今。恐龙的后代——陆地上的鸟也是两条腿走路。

两足动物鸵鸟不能飞,却是跑得最快的鸟。依靠两条强壮的长腿,它们的奔跑速度高达每小时105千米,像狮子这样的捕食者也追不上它们。火烈鸟两条长腿站在沼泽地里,从而保持羽毛干燥。哺乳动物中,用两条腿走路的除了人类之外,还有袋鼠。

袋鼠的样子非常奇怪,后肢粗壮。却又有着霸王龙似的前肢,以及一条大尾巴。在缓慢行走时,它们用“5条腿”前进,也就是同时用2个前肢、2个后肢,还有1条尾巴。但在快速移动时,它们只用后腿跳跃,用尾巴保持着重心。


袋鼠是5000万年前由负鼠那样的有袋动物进化而来的。第一种袋鼠模样的动物出现在3000万年前,到了2500TY年前,袋鼠的进化走上了正轨。

袋鼠的后退跟腱具有弹性,因此,跳跃起来几乎不费能量,这是在广阔的土地上生存的一个必要条件。当袋鼠没有食物吃的时候,为了寻找新的觅食地,它们会去100千米的远处。

袋鼠的进化极好地适应了周围的环境,否则,它们活不下来。对于步行的哺乳动物来说,跳跃或许是最好的行走方式,但是,其他物种不太可能向袋鼠学习。

地球上的生命已经存在了40亿年,然而,生命形态仍会继续进化。就算从单细胞生物进化到人类之后,我们的进化之旅也不会停止下来。


发表于 2016-1-23 23:52:28 | 显示全部楼层
为什么只有人类在不断进化智力,而其他物种则智力有限,按进化论的原理,应该有阶梯式的智力物种,但是其他物种智力好像停滞了。
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发表于 2016-1-23 23:57:26 | 显示全部楼层
大家都在想办法克服生存困难,只有你人类变得更聪明,而其他物种都在进化身体。
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