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  古生物博物館 > 生命起源于海洋 > 植物進(jìn)化的歷程

     
植物與動(dòng)物的分異
    

  按照生物的五界分類系統(tǒng),植物和動(dòng)物作為生物的兩個(gè)高層次分類階元,是分別從另一個(gè)階元——原生生物界的一些不同門(mén)類中進(jìn)化而來(lái),而且與后者是呈并列關(guān)系的。

  這樣的分類系統(tǒng)突出了生物各大階元之間存在的從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)至高級(jí)的層次關(guān)系。

  但是,它也有不足之處。特別是沒(méi)有反映現(xiàn)代生物的兩個(gè)最基本和最進(jìn)步類群——?jiǎng)游锱c植物的系統(tǒng)關(guān)系及其歷史淵源。

  實(shí)際上,植物與動(dòng)物的祖先類型不僅都可以在原生生物中找到,而且它們?cè)谠忌镏械淖嫦阮愋蜕踔辆哂幸欢ǖ耐恍�。這種同一性在現(xiàn)代的一種原始生物--眼蟲(chóng)身上還可以找到。

眼蟲(chóng)或裸藻

  眼蟲(chóng)是一種生活在水中的單細(xì)胞原生生物。身體呈長(zhǎng)梭形或圓柱形,前端有一個(gè)凹口,由此伸出一根鞭毛,其擺動(dòng)在水中產(chǎn)生的反作用力能夠推動(dòng)身體運(yùn)動(dòng);凹口的下方有一個(gè)具有感光機(jī)能的紅色的眼點(diǎn)(眼蟲(chóng)的名稱就因具有眼點(diǎn)而得)。如果把它們放在含有有機(jī)物的水中,眼蟲(chóng)能夠靠細(xì)胞膜吸取水里的有機(jī)物“食物”,過(guò)著動(dòng)物式的異養(yǎng)生活。這些性質(zhì)使動(dòng)物學(xué)家認(rèn)為,眼蟲(chóng)是一種“原生動(dòng)物”。但是同時(shí),眼蟲(chóng)的細(xì)胞卻又有含葉綠素的葉綠體,能夠進(jìn)行光合作用,自己制造營(yíng)養(yǎng)。因此,植物學(xué)家認(rèn)為,它是一種“原生植物”;由于它的細(xì)胞外面沒(méi)有細(xì)胞壁,植物學(xué)家給它起了另外一個(gè)名字——裸藻。

  眼蟲(chóng)的這種“動(dòng)物植物雙重性”使許多科學(xué)家相信,動(dòng)物與植物有共同的祖先——它很可能就是與眼蟲(chóng)類似的、某種生活在遠(yuǎn)古水域中的單細(xì)胞原生生物。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中,它們當(dāng)中的某些分子伴隨著基因組的變化加強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)、攝食的結(jié)構(gòu)和功能,同時(shí)逐步“丟失”了進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)和功能,最終生活方式轉(zhuǎn)變成為完全的異養(yǎng);另外一些分子則伴隨著基因組的其它方式的變化向著完全自養(yǎng)的方式轉(zhuǎn)變。前一種方式代表著最早的動(dòng)物的產(chǎn)生,后一種方式代表著最早的植物的出現(xiàn)。

  原始的原生動(dòng)物和原生植物分異伊始都是單細(xì)胞的,隨后,它們分別向多細(xì)胞方向發(fā)展。

  在古生物學(xué)界,對(duì)植物與動(dòng)物分異時(shí)間的認(rèn)識(shí)是隨著化石的不斷發(fā)現(xiàn)與積累、新的研究思想、研究方法的進(jìn)步以及學(xué)科交叉的相互影響而不斷更新的。

  早在達(dá)爾文于1859年發(fā)表《物種起源》之時(shí),他就同時(shí)以實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度提出了當(dāng)時(shí)的進(jìn)化論所存在的難點(diǎn),其中之一就是著名的“寒武紀(jì)爆發(fā)”。

  所謂的寒武紀(jì)爆發(fā)是指科學(xué)家在距今5億7千萬(wàn)年前到5億年前的地層中發(fā)現(xiàn)的似乎是突然出現(xiàn)的眾多的化石動(dòng)物類群,其中包括海綿動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、腕足動(dòng)物、棘皮動(dòng)物以及原始的脊索動(dòng)物。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn),一些科學(xué)家認(rèn)為這些動(dòng)物在地球上是以一種爆發(fā)式的過(guò)程突然地出現(xiàn)在地球上的,同時(shí),這種動(dòng)物的爆發(fā)也說(shuō)明了動(dòng)植物分野的開(kāi)始,因此他們推測(cè),動(dòng)植物分異的時(shí)間近于6億年前的寒武紀(jì)之初。

  到了1949年,古生物學(xué)家斯帕里格在澳大利亞南部阿得雷德山脈以北的埃迪卡拉地區(qū)發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的無(wú)骨骼的海洋無(wú)脊椎動(dòng)物化石,并把這一化石動(dòng)物群的時(shí)代判定為寒武紀(jì)早期�?墒�10年后,古生物學(xué)家格拉斯南經(jīng)過(guò)對(duì)這個(gè)動(dòng)物群的認(rèn)真細(xì)致研究,得出了三個(gè)不同凡響的結(jié)論:(1)這個(gè)化石動(dòng)物群中無(wú)論是腔腸動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物還是節(jié)肢動(dòng)物,它們當(dāng)中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何寒武紀(jì)的屬種;(2)這個(gè)化石群中的微體化石組成與好望角的微體化石組成毫不相同;(3)埋藏著這個(gè)化石動(dòng)物群的邦特巖層有1000米厚,與它上面覆蓋的寒武紀(jì)地層之間并不連續(xù)(這在地層學(xué)上叫做不整合接觸),因此邦特巖層應(yīng)屬于與寒武紀(jì)不同的地質(zhì)年代。在1960年召開(kāi)的國(guó)際地質(zhì)學(xué)大會(huì)上,科學(xué)界正式把這個(gè)化石動(dòng)物群命名為埃迪卡拉動(dòng)物群。此后進(jìn)行的多種手段絕對(duì)年齡的測(cè)定表明,埃迪卡拉動(dòng)物群的年代為距今6億8千萬(wàn)年至6億2千萬(wàn)年。1974年,國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)將埃迪卡拉動(dòng)物群確定為前寒武紀(jì)晚期的動(dòng)物群。至此,古生物學(xué)家把無(wú)脊椎動(dòng)物在地球上大規(guī)模出現(xiàn)的時(shí)間推前了,因此動(dòng)植物分異的時(shí)間也被認(rèn)為比6億年前更加久遠(yuǎn)。

  就在埃迪卡拉動(dòng)物群被正確地重新認(rèn)識(shí)的同時(shí),以真核生物所形成的植物為主的植物化石的發(fā)現(xiàn)與研究也有了突破。1969年克勞德在美國(guó)加利福尼亞?wèn)|部的貝克泉組地層中發(fā)現(xiàn)了生活于13億年前的單細(xì)胞的綠菌和金藻化石;1971年舍夫和他的同事在澳大利亞苦泉組地層中發(fā)現(xiàn)了一些生存于9億年前屬于甲藻類、紅藻類和綠藻類的植物化石。

  70年代中期以來(lái),前寒武紀(jì)的動(dòng)植物化石的發(fā)現(xiàn)愈來(lái)愈多。一方面,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化石群在數(shù)量上和發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)上都有增多,例如埃迪卡拉動(dòng)物群現(xiàn)已經(jīng)在西南非、北美、英國(guó)、斯堪的維納半島、蘇聯(lián)、中國(guó)等地的前寒武紀(jì)晚期地層中先后被發(fā)現(xiàn),化石群的成員由最初的5個(gè)屬發(fā)展到了19個(gè)屬,到80年代初則已鑒定出了56個(gè)屬。另一方面,新的化石群時(shí)有發(fā)現(xiàn),例如中國(guó)學(xué)者在安徽省淮南地區(qū)的前寒武紀(jì)晚期地層中發(fā)現(xiàn)了豐富的須腕動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物化石,其標(biāo)本和內(nèi)部構(gòu)造的清晰、完好程度在國(guó)內(nèi)外都非常罕見(jiàn),已鑒定出距今7億4千萬(wàn)年前的須腕 動(dòng)物化石和距今8億4千萬(wàn)年的環(huán)節(jié)動(dòng)物化石7個(gè)屬。

  須腕動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物都是屬于高等的無(wú)脊椎動(dòng)物,因此,學(xué)者們認(rèn)為在此之前動(dòng)物已有一段相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展史,因此認(rèn)為動(dòng)植物的分野始于10億多年前。

  20世紀(jì)70年代以來(lái),一些學(xué)者研究了蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的化合物,許多氨基酸分子以鏈狀的多肽連接在一起組成蛋白質(zhì)。一個(gè)蛋白質(zhì)分子由一個(gè)或多個(gè)多肽鏈組成。多肽鏈上的氨基酸排列順序組成蛋白質(zhì)分子的初級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)--氨基酸的排列順序,不但決定了蛋白質(zhì)分子的二級(jí)、三級(jí)、甚至四級(jí)結(jié)構(gòu),而且從初級(jí)結(jié)構(gòu)的差異可反映出不同物種之間的遺傳差異和物種之間的親緣關(guān)系。

  迄今為止,科學(xué)家們已經(jīng)弄清了數(shù)百種蛋白質(zhì)分子的初級(jí)結(jié)構(gòu),所建立的分子進(jìn)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的分類系統(tǒng)基本吻合。這說(shuō)明生物物種的分子進(jìn)化和形態(tài)進(jìn)化基本上是一致的。1982年,分子生物學(xué)家柳思尼考選擇了在大多數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物和全部脊椎動(dòng)物中都存在的血紅蛋白和肌紅蛋白進(jìn)行研究,結(jié)果表明無(wú)脊椎動(dòng)物至少在10億年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。另外一些學(xué)者對(duì)細(xì)胞色素C的研究則表明,地球上動(dòng)植物的分異時(shí)間甚至遠(yuǎn)在13~12億年前。

 

 
 
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生命起源于海洋
 
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