其實進化是被動的,大自然的喜怒哀樂才是主導

 

 

奇異的進化故事:我們祖先曾經“厭氧”

  我們祖先曾經“厭氧”

  46億年前地球誕生以后,實在無法確定最早的生命形式究竟是在什麼時候出現的。一般認為大約是在40億至35億年前出現的。1977年美國哈佛大學的化石專家巴洪,在南非發現了34億年前的岩石中的含有細菌的化石。因此,大約35億年前,地球上肯定已經出現了生命。

  人類是呼吸空氣中的氧氣而生活的,如果沒有氧氣,就會窒息而死。因此,大概很多人都認為氧氣無論對什麼生物而言都是至關重要的。而遠古的地球大氣中不含氧氣,實際上,細菌中有很多種類一旦有氧就不能存活。像這樣的細菌,因為討厭現在地球的含氧空氣,所以被命名為厭氧菌。此外,原生生物、真菌中也有些種類不需要氧。

  35億年前,我們最早的祖先就是厭氧菌。此后,在這些厭氧菌中間,出現了像現在的藍細菌一樣能夠進行光合作用的細菌。藍細菌是藍藻中一個原始的種類,漂浮在海面上生活。它的光合作用和植物一樣,利用光能,把二氧化碳和水轉化成有機物等營養物質,在這個過程中會產生氧氣。藍細菌增加的結果,使得20億年前地球上的氧逐漸多了起來,不僅是海水中的氧,大氣中的氧也開始增加。這是嚴重的環境污染,是地球上最早的大規模公害。

  我們的祖先,盡管說那個時期還只是細菌,但也可以說正面臨著首次出現的重大危機。很多生物因此而死亡了。但是,幸運的是地球上的所有生物還不至於全部滅絕,其中進化出了能夠利用氧的細菌。現在根據它們喜歡氧而命名為好氧菌。地球上仍然還有些地方氧氣無法進入。地面以下很深的地方可能就沒有氧氣。在這樣的地方,古細菌的祖先勉勉強強地幸存了下來。

  在現實中,我們已經變得完全依賴於氧,沒有氧根本就不能生活了。如果當初人類不得不在沒有氧的環境中勉強生活,那恐怕不會有今天這樣的繁華景象。

  動物、植物如何產生

  在地球上的氧逐漸擴散、我們的祖先古細菌類生物陷入危機之前,生物主要是通過發酵的方法從養分中獲得能量的。這是現在的許多厭氧菌、酵母菌等採用的方法。酸奶就是使用乳酸杆菌發酵牛奶而制成的。啤酒等的釀造也是利用酵母分解養分而產生酒精。

  但是,能積極地利用氧而進化產生的好氧菌,採用的是一種全新的方法——有氧呼吸——來制造能量。這種方法較之發酵,可以從等量的養分中制造多得多的能量,是一種非常有效的方法。因此,這種新進化而來的好氧菌在地球上以爆發之勢增加了起來。

  由於好氧菌的繁榮,從古細菌進化而來的我們的祖先雖然躲避了氧而勉強幸存下來,但在這期間也完成了兩項重大的“發明”:一是細胞中產生了具有核膜的細胞核,為了不讓重要的DNA物質受損傷,核膜將它們完全包裹在細胞核中﹔二是細胞具有了把其他細胞吞噬入自己體內的能力,也就是能把好氧菌和藍細菌等吞噬到自己的細胞內。

  希臘神話中有這樣一個故事:第二代的大神克洛諾斯把自己的孩子一個接一個地吞噬掉。著名的宙斯是第三代的大神,他也是克洛諾斯的孩子,也曾被他的父親吞噬過一次,但是他成功地逃脫了出來。真核生物的祖先也吞噬后來進化產生的好氧菌和細菌,所以有的學者就根據克洛諾斯的神話稱之為“克洛諾賽特”。

  這裡最重要的事件就是吞噬了能夠進行有氧呼吸的好氧菌。根據細胞內共生進化學說的觀點,這個事件被專門稱為細胞內共生。大約在15億年前,某種好氧菌被吞噬到了厭氧菌的細胞中並開始了共生,原本厭氧的生物也能夠在有氧的環境中生存了。之后,被吞噬的好氧菌變成了細胞的線粒體。這樣產生了鑲嵌狀的細胞,這種細胞就是原生生物、真菌、動物、植物的共同祖先,這也就是此后各種各樣進化的根源。獲得了線粒體的真核生物的細胞,不久又吞噬了藍細菌。在自己的細胞內進行光合作用獲取營養物質,對真核生物而言是非常適合的。它們進化成了現在的植物。

  動物和植物憑借有利的細胞能力而繁榮,構成了現在地球上的生物系統。但是,即使是現在也不能輕視細菌的能力。線粒體、葉綠體是細菌的子孫,同時我們身體裡還生活著其他許多細菌。其中既有在腸子裡制造臭氣產生麻煩的細菌,也有引起疾病的細菌,它們大部分都是我們生活所必需的共生細菌。因此,如果過度使用完全殺死細菌的藥物,就會把病原菌連同其他有益的細菌一起全部殺死,這也會造成麻煩。

  現在已經有各種各樣的証據支持共生學說,其中最有力的証據還是來自於分子。線粒體和葉綠體不僅具有獨立的DNA(不同於細胞核的染色體DNA),還具有獨立的蛋白質合成體系(不同於受核控制的細胞質合成體系)。如果追蹤我們人類的細胞的根源,它應該是好氧真細菌在接近於古細菌的厭氧性單細胞生物體內共生並進化的產物。

  “偶然性”的重大作用

  日本遺傳學家木村先生發表中性學說的時候,進化被認定是為了適應環境而產生的,即使在分子水平自然選擇也還是最重要的。因此,分子進化的中性學說受到了來自世界各地科學家們的猛烈反對。此后,由於分子生物學的發展,很快出現了許多新的數據,而這些數據都支持中性學說。

  例如,如果說自然選擇重要,那麼對於生物而言生死攸關的遺傳基因似乎也可以快速地進化。但是實際上,這些生死攸關的基因很難變化。相反,被認為並不怎麼重要的基因變化速度卻很快。這就是說,進化過程中發生的基因變化,大多數並不具有變得比以往更好之積極意義,即大多數的變化是呈“中性的”。於是,中性學說逐漸被全世界的科學家們接受。1992年,木村博士被列入了為進化研究做出杰出貢獻的人物的行列,與達爾文、孟德爾齊名。

  人類的遺傳信息大約含有30億文字的DNA。比較兩個人的DNA,基本上應該是一致的。但是,大約每1000個文字就有1個文字的變異。也許這被認為是極其微不足道的差異,但是DNA圖譜由30億個文字構成,所以整個DNA圖譜共有300萬個變異。根據中性學說,這些變異對於自然選擇而言大部分都是既不好也不壞。例如即使有影響外表的變異,未必會對人類的生存有意義,很多是和自然選擇沒有關系的變異。

  有一種叫做糖尿病的疾病,表現是原本在體內提供能量的糖類(碳水化合物)不能被利用,而直接通過尿液被排出。產生這種疾病的原因之一是體內不能有效地合成一種叫做胰島素的蛋白質。因此,隻要注射胰島素病症即可控制。最近,分子生物學的進展令微生物能夠制造與人胰島素相同的蛋白質。在此之前使用的是牛和豬的胰島素。人胰島素和牛、豬胰島素之間有少許氨基酸序列的差異,但是它們作為胰島素的功效卻是一樣的。人、牛和豬從共同的祖先開始,在進化過程中發生的胰島素的氨基酸變化(變異),可以說是在功能上就屬於沒有差異的“中性的”變異。

  中性學說闡明的另一個問題是,生物進化中的“偶然”事件也起著至關重要的作用。因為自然界完全就像擲骰子一樣偶然地選擇著變異。以入學考試為例,並不是從成績好的開始依次選擇,而是先去除成績特別差的(雖然能夠活著,但是那些極其差的變異會被去除),然后從留下的人中抽簽選擇。總之,自然選擇的觀點是:“最優秀的生物生存(適者生存)。”而中性學說的觀點是:“最幸運的有利的生物生存(幸者生存)。”

  在學習達爾文的自然選擇學說的人中間,有人認為英國佔領殖民地、統治殖民地的人民是正義的事情,因為在競爭中獲勝的一方就是最優秀的。這是為使英國的殖民地政策正當化,自然選擇學說被濫用。雖然達爾文自己反對奴隸制度,但是他的學說卻被用於連他自己都認為不正確的目的。因此,日心說、進化論這樣的科學發現,不僅顯著地改變了每個人的思想,也影響了每個人的生活方式和社會狀態。面對今天的競爭社會,闡明偶然事件具有重要作用的中性學說,是否也會影響每個人的思考方式呢?這個問題不僅非常重要,也意味深長。

  摘自《聽基因講祖先的故事》  長谷川政美等著  上海科教出版社20 05年7月版  11.00元   

 

 

原文網址:地球形成與生物演化歷程

第一階段:星塵留下的原生大氣,以氫氦為主,後被旺盛的太陽風掃除。

 

第二階段:受地球重力吸引,加上當時沒有大氣層保護,隕石常常撞擊地球。隕石撞擊後產生的次生大氣(課文稱為原始大氣),以水氣、二氧化碳為主,氧氣稀少。地球非常非常的火燙。

這段過程稱為「釋碳作用」,以水氣、二氧化碳、硫化物、氮為主,同現今火山噴出的現象與氣體含量。

鐵鎳等質重的元素下沉到地球內部,質輕的元素跑到地表。

 

第三階段:撞擊大幅減少、太陽風變弱、地球的地表開始冷卻,岩石圈先出現了,大氣層跟著形成了(臭氧還沒出現)。接著,溫度再下降,水蒸氣也跟著凝結成水出現了。

水不斷反覆的凝結、降雨、蒸發,海洋出現。水積聚成海洋,不僅溶解許多元素(尤其是二氧化碳與氯),初等生物得以出現,獲得水的保護以避免紫外線殺死。初等生物進化成低等生物,低等生物(如細菌)演化成藻類(如藍綠藻) ,並不斷進行光合作用,物種(細菌)從討厭氧的,突變演化成製造氧的。氧氣逐漸增加了,經過物競天擇後,厭氧的低等生物只好躲起來了,喜氧的高等生物成為主宰,持續進化。

原始大氣成分(水氣、二氧化碳、二氧化硫、氯氣)因除碳作用與光合作用而逐漸改變,變成現在的樣子(氮80% 氧20%)。

※易溶於水的空氣分子含量減少:二氧化碳、硫化物、氯氣…等。

不易溶於水的空氣分子含量不變:氮。

※除碳過程:二氧化碳變成碳酸鈣、有機碳,沉積掩埋在海底或地底。

※光合作用:藍綠菌行光合作用,消耗了大氣中的二氧化碳,是為了替自己製造能量,卻也意外製造氧氣。結果,二氧化碳不斷減少,氧氣不斷增加。

 

第四階段:氧氣不斷累積,臭氧接著形成並在大氣層中積聚,形成臭氧層,隔離大部分的紫外線。陽光不再炙烈,不再像是雷射光,反而變的溫柔了,水中生物也因此陸續登陸、演化。

 

進化論還是正確的~

 

結論:宏觀上是進化論,個體上是幸化論~

 

 

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