地球上生命的起源及遗传密码的探索

从生物学到地质学，再到工程学，各个领域的科学家们都在尽力还原远古时期的生活图景。我们脚下的岩石层，藏着无数的秘密——已灭绝的物种，远古的景观，以及地球气候和大气在数百万年间的变化。

它们不是唯一产生变化的东西。我们今天能看到的动植物，也与远古时期的不同。通过远古时期动植物的残骸，我们可以看到生物的演化。

如果读到这些，让你起鸡皮疙瘩，这其实是返祖现象。因为早期的人类，体毛很长，和我们的表亲黑猩猩差不多。受到刺激时，动物身上的毛发会竖立起来，这种“（zhà）毛”效果使动物看起来更魁梧，在气势上压制对方。尽管人类现在的毛发没有那么旺盛，但毛囊仍会记得刺激反应！

历史的碎片

化石里藏着远古动植物的秘密。化石可以是动植物的遗体，比如叶子或骨骼、牙齿，也可是这些生物体制造或留下的痕迹或遗物，比如脚印、啮痕，甚至动物粪便（粪化石）。

它们是怎么生活的

恐龙的足迹化石很丰富。通过研究恐龙的脚印，我们能知道恐龙的大小、步幅、移动速度，是两条腿还是四条腿走路，以及是否群居，等等。其他与生命活动形迹相关的化石（遗迹化石），为研究生物习性、饮食和行为提供了更多的线索。实体化石则通常是由骨骼、爪子、牙齿、贝壳等生物体的硬体部分构成。如果恐龙科学家（古生物学家）足够幸运，说不定他会发现皮肤、肌肉或羽毛软体部分的化石。

恐龙蛋化石已在全球200多个地区被发现，首次发现则是在1859年法国。

化石的形成

只有一小部分生物体能被保存为化石，大部分的生物死亡后就被吃掉或腐烂了。但是，如果这些动植物被泥沙掩埋，就有可能形成化石。水渗入生物体的遗体（如腿骨），将其逐渐溶解，并用其他化学物质代替骨骼。经过数百万年的风吹雨打，岩层裸露，露出骨骼状物体。人类顺而追寻并研究。

在海上

深海之下是形成化石的最好条件。在死亡生物体的顶部，泥沙层层堆积，将它们埋藏。最终，岩石被推到地表（地震或山脉形成时），化石暴露出来。一些陆地生物在死亡时被冲入水中，并以同样的方式被埋藏。但大部分化石都是海洋生物，如菊石和三叶虫。

龙？恐龙？

直到19世纪发现了有着明确特征的骨骼，人们才知道并确认恐龙的存在。而在此之前，人们认为这些是龙或狮鹫的骨骼，甚至以为是神话和民间传说中巨人等生物的骨骼。

早期发现

早期发现的恐龙骨骼，大多出于收藏家们的兴趣爱好。在19世纪20年代人们发现并命名斑龙和禽龙的时候，地质学和古生物学还仍是新兴的学科。1838年，美国新泽西州的威廉·帕克·福尔克发现了第一个近乎完整的恐龙骨架化石。理查德·欧文爵士（公元1804～1892年）注意到这类化石具有共同的特征，于是将这一种体型巨大的已灭绝的陆地爬行动物命名为恐龙（1842年）。

翼龙等飞行爬行动物，以及蛇颈龙和鱼龙等海生爬行动物，并不生活在陆地上，所以它们都不是恐龙。

第一只已知的鸟是19世纪60年代早期发现的始祖鸟。它将恐龙与现代鸟类联系了起来。

地球上的生命

在欧文的定义中，恐龙是一种陆地栖息的爬行动物，腿部僵硬，直立，五节椎骨（脊骨）连接至臀部附近。现在已知恐龙生活在约2亿至6500万年前一个被称为中生代的时期，它们与许多其他生物共享地球——如蜻蜓和蜜蜂等昆虫，鳄鱼和蜥蜴等爬行动物，以及鲨鱼和其他鱼类。早期的哺乳动物如犬齿龙也是在大约2.6亿年前由爬行动物进化而来。

进化飞行

惊人的发现告诉我们，恐龙虽然已经灭绝，但它们以鸟类的形式留下了一些非常熟悉的后代。20世纪90年代，在我国发现的恐龙化石证明，大多恐龙都有羽毛。像迅猛龙这样的小型双腿兽脚类恐龙，具有恰到好处的盆骨结构，可以演变成现代鸟类。它们的颌骨演变成鸟类的喙，同时体型较小，有助于进化出飞行技能。

我们是由什么做成的呢？

答案可能会出乎意料。人体大部分是水做的！其实，大多数生物也是如此。人体中水占差不多70%，苹果中水的比例为84%，在水母中则高达95%！

遗传密码

有生命的东西被称为生物，它们由细胞组成。这些细胞含有DNA，这是一种携带遗传密码的蛋白质——一组控制生物外观和行为方式的指令。我们的大部分DNA与其他同种生物共享，而不到0.1%的那部分不同，将你和你周围的人区别开来（比如发色与眼睛的颜色）。从遗传学角度看，人与黑猩猩的相似度达96%，与猫的相似度达90%。

一种生物的全套遗传指令被称为生物体的基因组。

所有生命都有联系

自从2003年人类基因图谱绘制出来之后，科学家们将其与许多其他生物的基因组进行了比较。所有生物都有一些相似之处，因为我们都是由同一个祖先进化而来的——一个存在于30亿年前的单细胞生物，进化出了地球上所有的生命。生物之间的关系用进化的谱系显示，这就是著名的生命之树。

让我们来梳理一下

生物学家研究生物。他们将生物分为界（如植物界、动物界、真菌界等），每个界又分出越来越小的群体，将最相似的生物划分在相同的谱系和物种里。这种现代的物种分类命名系统由瑞典博物学家卡尔·林奈（公元1707～1778年）创立。他是狂热的动植物标本收藏家，他认为，对科学家们的研究来说，找到一种达成共识的标准至关重要。

庞然大物

从小昆虫到大型哺乳动物，我们与数以百万计的奇妙生物共享这颗美丽的星球。为什么一些动物进化得体型庞大呢？对于研究史前和现代猛兽的生物学家和古生物学家来说，这个问题真是问到点子上了。

史前蜻蜓的翅膀宽约70厘米。随着大气中氧气浓度的降低，它们的体型逐渐变小。

巨型昆虫

早在恐龙出现之前，地球就是蜻蜓和蟑螂等大型昆虫的家园。和今天的昆虫一样，那些巨型昆虫没有肺。但是，它们可以通过体内的孔（称为气孔）收集氧气并将其传递给细胞。大约3亿年前，大气含氧量超过30%（远高于今天的21%），气孔可以吸收足够的氧气来满足超大型昆虫的需求。

巨型植物

竹子，是当今最令人惊叹的植物之一，它大约从4000万年前到3000万年前的史前草本植物进化而来。竹子是世界上生长速度最快的植物，有些种类一天之内可长到90厘米。红杉是树中的霸王，也是地球上最古老的生物之一，广泛见于恐龙时期。如今，只剩美国红杉分布在加利福尼亚一小部分地区，那里最古老的红杉树龄达3500年，高达95米。

庞然大物

中生代时期生活着庞然大物，比如梁龙和腕龙，它们体长27米，重约40吨。但与蓝鲸相比，它们还是相形见绌。蓝鲸体长30米，重180吨，是有史以来体型最大的动物。生物学家认为，蓝鲸的体型大约在260万年前的冰川时期进化成型，那时海洋中饱含磷虾，为鲸鱼的成长提供了充足的食物。

仔细打量

大约96%的动物们都有眼睛，而且眼睛的种类各不相同。所有这些都被认为是从5.4亿年前的一个“原始眼”演化而来的。今天，动物们的视力范围大得惊人。

同一视野？(www.xing528.com)

最开始，眼睛只有感受光线明暗的作用，但一些特定部位的微小而渐进的改善，为生物在进化竞赛中带来了新的优势。有些生物的眼睛视力范围很大，能看到很远，而有些生物的眼睛视野很广，能看到周围360度的全景。很多生物还可以看到人类无法察觉的紫外线和红外线。随着视力的进化，另一件事也在演变中——伪装。动物需要用自己的方式来伪装隐藏自己。

这是人类的眼睛。光线进入角膜，穿过虹膜和瞳孔，然后通过晶状体映射在视网膜上，形成倒立的实像。再从视神经传到大脑，图像翻转为正立！

你能看见我所看到的吗？

视网膜上有两种感光细胞，一种为视杆细胞，一种为视锥细胞。视杆细胞对弱光刺激敏感。人类的视杆细胞数量要比猫和马少得多，所以我们的夜视能力也比这些动物差。但相反地，这些动物也没法像我们一样看到白天的五彩斑斓。它们视锥细胞只有绿色和蓝色两种，只能分辨蓝色和绿色，分辨红色和粉色的能力要差很多。

眼睛开挂

大多数昆虫有五只眼睛，但有些只有一对由数千个小眼面（家蝇4000个，蜻蜓约30000个）组成的复眼，这就像有许多小眼睛朝不同的方向看。生物在进化中找到了各自不同的观看周围环境的方法。变色龙的双眼可以单独转动，看向不同或相反的方向。蜗牛和龙虾的眼睛都长在触须上，随它们的喜好四处摆动。像鹿和马这样的猎食动物，它们的眼睛位于头部两侧，方便它们随时观察到身后的情况。

眼镜猴的眼睛和大脑一样大！等比放大到人类，就是说你的眼睛大概是柚子那么大。

遗传

基因储存着生物体生长发育、衰老死亡等生命现象的所有指令。它控制着你身体的每一种性状——身体的高矮、鼻子的形状、脚的大小！基因决定了头发、眼睛和皮肤中黑色素的含量，基因的微小变化决定着你的外在特征是偏苍白还是偏黝黑。我们的基因一半从父亲那里继承，一半从母亲那里继承。

基因革命

为了更好地在野外生存，随着时间的推移，许多生物的基因已慢慢进化。桦尺蠖就是一个很好的例子！在工业革命期间，空气污染变得严重，树干上的附着物从地衣和苔藓变成黑色的煤烟，黑色翅膀的桦尺蠖数量也变得越来越多。一些科学家认为，为了不被天敌（鸟类）发现并捕食，飞蛾的基因逐渐适应新的、受污染的环境，翅膀颜色从灰色变为黑色，更好地伪装自己，生存下来。

时间是最好的答案

基因变异或突变会影响后代。在生存斗争中，有机体的不利变异通常被淘汰，有利变异则会从父母传给孩子，使下一代更强壮，从而更好地生存。这个过程被称为自然选择，它推动了生物进化。这种说法最初由查尔斯·达尔文（公元1809～1882年）提出，具有划时代的意义。今天，我们能看到这一理论是如何被广泛地应用于研究植物、昆虫、鸟类，甚至人类的，但最开始，他的观点却饱受争议。

嗨，蓝眼睛！

在6000到10000年前的某个时间，控制眼睛颜色的基因产生突变，出现了第一个有蓝色眼睛的人。我们默认，这个人是所有拥有蓝眼睛的人的共同祖先，唯一不清楚的是为什么这一组基因会变异并遗传演化。为帮助有机体在特定的环境中得以生存，生物进化会选择对生物体有利的变异，并持续演化好几代。而为了在寒冷的地区生存，这种有利变异可能是指蓝色的眼睛，以及较浅的肤色。科学家们仍在试着找到最终答案。

生命进化

我们今天所知的所有动物和植物都是从生活在水中的单细胞生物进化而来的。大约15亿年前，这些细胞发生了变化，许多细胞变成了动物的祖先——就像我们如今看到的，它们有了更多的生存繁衍方式。

进化之路

植物、动物和真菌都有自己的进化路径。只有动物找到了既能在陆地，又能在天空和海洋栖息的方法。人们认为，在登上陆地之前，即约3.97亿年前，最初的四足动物生活在浅水中。动物在进化成我们如今看到的样子的过程中，哪些特征被强化，哪些被淘汰，研究化石的科学家们一清二楚。

没有腿的蜥蜴

1.5亿年前，蛇类开始从类似蜥蜴的生物进化，那时它们有前腿和后腿。随着时间的推移，为了更方便在地底挖洞钻洞，蛇类的腿逐渐退化消失了。科学家们已经发现，一些蛇的身体后部，还长着小小的骨头（残足），有些蟒蛇甚至还有长在皮肤外的后爪。基因测试表明，蛇身上的腿部基因仍然存在。

在某些生物身上，能看到一些被保留的特征（即进化残留），这给生物进化研究提供了新的线索。

像海豚和鲸鱼这样的哺乳动物，它们的尾巴是上下摆动的。但是鱼类，比如双髻鲨，尾巴就是左右摆尾的哦。

大约5000万年前，鲸鱼从一种看起来像狼和貘的杂交动物开始进化。

左右摇摆

鲨鱼（以及所有真正的鱼类）在游动时尾巴是左右摆动的。再观察一下蛇和鳄鱼会发现，它们的滑行和跑动都是这样的侧向运动。但如果是在水中研究鲸鱼，你会发现它的身体是上下移动的。这是因为鲸鱼不是真正的鱼——它们是由四肢发达的陆栖动物进化而来，这些动物的脊椎可以前后移动，以至于鲸鱼在水中生活后也保持了这种习性。

世界霸主

如果中生代是恐龙的时代，那么我们现在所生活的新生代通常被描述为哺乳动物的时代。然而，事实上，我们的六条腿昆虫朋友们构成了这个世界的大部分！

数量碾压

如果只纯粹地通过数量来判断成功，那么无脊椎动物（没有骨干的动物）完胜。无脊椎动物占所有动物总数的97%。昆虫构成了该群体的大部分，预估种类多达一百万种，占据当今动物种类的大约80%，相较而言，哺乳动物仅仅只有5500多种。

快乐群居

与甲虫相比，蚂蚁的种类要少，但数量多得多。蚂蚁们群居，它们生活的地方称为蚁巢，这里可容纳成万甚至成百万只的蚂蚁一起工作。科学家估计，地球上生活着多达一百万万亿只蚂蚁。像所有其他昆虫一样，蚂蚁对生态系统至关重要。它们处理诸如废弃水果和死亡动物这样的废物，它们搬运种子和挖掘泥土，同时也吃害虫。

甲虫的种类比其他任何昆虫都要多，科学家们已经命名了大约40万种。

生命周期

昆虫的一生灿烂迷人，虽然它有时非常短暂。从一个虫卵开始，它孵化成一个蠕动的、虫子般、模样和成虫毫不相像的幼虫。在变为成虫之前，多数昆虫群体经历了一个受外壳保护的蛹阶段。一些昆虫，例如蜻蜓，跳过了蛹阶段。它们的幼虫（称为若虫）看起来更像是微小成虫。幼虫阶段可以持续四年，但它们的成虫生命可能只有几个月。

研究表明，在地球上，仅按数量来算，一个人可以对应2亿多只的昆虫！难怪科学家们正在研究如何饲养它们以供人类食用。

终结流言

关于古代动物和人类祖先的有一些事情仍然是科学无法证实的，但有两个流言可以确定是错的。

蜥脚类恐龙不是在水里生活！

一些史前生物，例如蛇颈龙、鱼龙和沧龙，其一生都在水中度过。它们是爬行动物，不是恐龙。曾经，科学家们认为一些恐龙也是水中生物。蜥脚类恐龙——巨大的、长颈的食草动物，例如腕龙——经常出现在湖中游泳的插图中。但后来多种证据证明这种认知是错误的。它们的足迹只在陆地上发现过，它们的肺部不适合在水中生存，同时它们的身体虽然巨大，但却非常轻，以至于它们会在水中浮起来！人类和类人猿，例如大猩猩和黑猩猩，是从数百万年前曾经生活过的共同祖先进化而来的。这个祖先现在已经灭绝，随同消失的还有其他人类亲属（称为原始人类）。在500万到800万年前的某个时间里，我们进化成了不同的物种。所以，黑猩猩是我们（非常）遥远的表亲，但是绝对不是我们的曾曾——曾……祖父母！

人类不是从黑猩猩进化而来！