蔚蓝的天,洁白的云,青青的山,碧绿的水,映于我们眼帘的是天高地远,勃勃生机。芬芳的鲜花,是如何从丝丝缕缕的大气演化而来的?啁啾的灵鸟,又是怎样一步步演变过来的?追寻鲜花灵鸟的进化历程,我们就会对生物的起源有更多更深的认识。
地球的任何一部分历史,犹如一个士兵的生活,由长期的无聊与短期的恐怖组成。
——德雷克·V.埃基尔
生物的进化同环境的变化有很大的关系,生物只有适应环境,才能生存。
——曲格平
大约50亿年以前,大量的气体尘埃云形成了太阳系,3亿年以后,原始的太阳星云经过分馏、坍缩和凝聚等过程,人类生活的摇篮——地球诞生了。在这个过程中,首先是星子聚集成行星胎(尘粒在运动中发生碰撞,并相互结合而增大,当形成一些较大尘粒后,吸积过程开始,较大的尘粒吸附较小的尘粒,当壮大到不会因碰撞而破碎时,就成为星子。吸积过程继续进行,一些特大的星子就在目前的行星轨道附近形成。这就是星胎。星胎在一定的空间范围内,把所有的星子吃掉,从而使自己加速壮大,最后形成八大行星),然后再增生而形成原始地球。原始地球所获得的星子是比较冷的,由于星子的冲击效应、压缩效应以及放射性衰变等,原始地球开始变热,于是开始了全球性的发育过程。
原始地球形成后的几亿年,由于上述三种效应,其内部逐渐变热使局部熔融并超过铁的熔点,使得原始地球中的金属铁、镍及硫化铁等熔化,并因密度大而流向地球的中心部位,从而形成液态铁质地核。由于地球的平均温度进一步上升(可达约2000℃),引起地球内部大部分物质熔融,轻清者上升,重浊者下降,把热量带到地表,经冷却后又向下沉积。在这种对流作用控制下的物质移动,使原始地球产生全球性的分异,演化成分层的地球,即中心为铁质地核,表层为低熔点的较轻物质组成的最原始的陆核,陆核进一步增生、扩大形成地壳。地核与地壳之间为地幔。分异作用是地球内部最重要的作用,它导致了地壳及大陆的形成,并导致大气和海洋的形成。
最初的气体如氢、氦、甲烷、水和氨充斥于整个宇宙,当原始地球变热并部分熔融时,水汽大部分逸散,从而形成大气圈,变成包围地球的、辐射线不易穿透的云层。在云层之下,地球的温度开始急速地下降,虽然地球中心仍是熔融状态,但地壳表面逐渐冷却凝固、挤压、褶皱和断裂,从而形成深谷和高峰。随着地表的继续冷却,云中的蒸汽变成水就开始降雨,大雨一直持续了几千年,大约30亿年前,瓢泼的大雨停止,由于水流冲击地球上不稳定的和有火山活动的地表,把岩石颗粒、碎块和含有化学物质的溶浆夹带入深谷形成海洋,在大自然的放电和太阳能的辐射作用下,这些化学物质开始构成复杂的分子。这些复杂的分子是怎么演变成生命的呢?正如生命的起源至今还是个谜一样,生命如何向前发展的问题目前对我们来说也还是个谜。
不过聪明的人类通过在实验室的演化得知:在经过10亿年的演化之后,在温暖的有荫蔽的海岸和河流出口处的水中,一些类似海藻的生物大量繁殖起来,和大气相接触的海面就是这些浮游生物的栖息地。通过它们的光合作用,释放出如今人类所需的四分之一的氧气。同时,光合作用使光能微妙地转变为所有生物必需的食品——糖类,并释放出能量。这个过程的精巧程度超乎我们现代人的想像,它比现代所有的化学合成物的生产过程要精巧得多。同时,通过微小的海生植物的呼吸作用——吸进氧气,排出二氧化碳,最后产生了水及可用的能量。因此,在光合作用开始时吸进的水和二氧化碳,最后又被释放出来;而光合作用放出来的氧,又通过呼吸作用重新吸收回去。
到距今18亿~13亿年的这一段时间里,出现了有细胞核的真核生物——绿藻等,以后接着又有了红藻、褐藻、金藻……它们组成了绚丽多彩的藻类世界。真核生物的出现,预示着一个熙熙攘攘的生命大繁荣时期即将到来。这些藻类进行光合作用,放出大量氧气,海洋生物的光合作用还在地球上空形成了臭氧保护层,减弱了日光中紫外线对生物的威胁力,使水生生物有可能发展到陆地上来,也为低等动物的兴起提供了食物。这些藻类是最初的多细胞生物,但是它们与现在的动物无关,更与人类无关。在有生命的历史已过去了5/6的光阴时,最初的多细胞动物终于诞生了。生命的形式开始出现分支,这段时期被科学家称为“寒武纪物种大爆发”。从此,生命的形式就突然变得多姿多彩和生机盎然起来。
这一时期的单细胞生物如裸藻,能利用鞭毛不停地在水中运动,所以人们说它是动物。但是它又能利用阳光进行光合作用,为自己制造食物,所以,毫无疑问它还属于植物。这种既像动物又像植物具有双重性的现象,充分证明了动植物的共同祖先,就是如同裸藻之类的远古时代的原始单细胞生物。
在13亿~12亿年前,由于细胞结构的不断分化,导致了生物营养方式上的一分为二:一支发展自己具有制造养料的器官如叶绿体,朝着完全“自养”的方向发展,成了植物;另一支则增强运动和摄食本领以及发达的消化机能,朝着“异养”的方向发展,成了动物。大概在4.5亿年时出现了动物,海中的鱼类逐渐演变成了两栖动物,鳍像腿一样帮助它们爬过被海水冲刷的湖泊沼泽地。鱼鳃后来也发展成肺,能呼吸氧气。在大约7亿年的时间内,数以千万计的物种经历了形成和绝灭的演化历程。
现在我们回顾一下整个生命起源和进化、演变的漫长历程。如果把地球生成以来的漫长的地质年代“压缩”到一年的12个月中,那么我们可以这么说:地球一月形成,地壳二月凝结,原始海洋三月产生,最初的生命在四月里出现,最早的化石在五月里形成,恐龙在12月中旬主宰一切,最早的灵长类动物在12月下旬出现,而人的时代在一年最后一天才开始出现。事实上,它真正脱离动物变为人,应是12月31日夜晚10点钟左右。