生命起源简史与早期生命演化
一、概述
生物演化指生物的族群从一个世代到另一个世代之间,获得并传递新性状的过程。
并解释长时段的生物演化过程中,新物种的生成与生物世界的多样性。
经历数十亿年的演化与物种形成,现在的各物种之间皆由共同祖先互相连结。
二、冥古宙
开始于地球形成之初,结束于38亿年前。
地球从环绕早期旋转的积吸盘中形成。
根据大碰撞假说,原始的地球与忒伊亚相撞,数百万年后形成月球。
重力的拉扯使地球自转轴倾斜,建立了地球生命形成的环境。
地球原始大气富含甲烷、氨、二氧化碳、水汽等,这些气体在外界高能(紫外线、闪电、高温)的作用下,首先合成氨基酸、脂肪酸等小分子有机化合物.这些小分子有机化合物,在适当的条件下,可以进一步结合成更复杂的蛋白质、核酸等大分子有机物质,经过进一步演化,终于产生了能够不断地进行自我更新的、结构非常复杂的多分子体系,由此产生了原始生命。
这些生命的繁殖所需要的资源有限,所以不就之后就开始竞争。
由于天择青睐在复制上更有效率的分子,因此DNA逐渐成为最主要的复制物。
之后它们开始在膜内发展,形成了原始的细胞。
这些都是化能生物:以二氧化碳为碳源及氧化无机物来抽取能量。
三、太古宙
太古宙起始于内太阳系后期重轰炸期的结束(约为38.4亿年前),结束于25亿年前的大氧化事件。
生物的最后共同祖先出现,细菌及古细菌分裂。
细菌发展了光合作用的原始模式,但最初不会产生氧。
这些生物透过电化学梯度产生三磷酸腺苷。
之后逐渐演变出能进行光合作用的蓝菌,它们以水为还原剂并排出氧。
氧首先将海洋中的铁氧化,产生铁矿石。
氧在大气层的浓度上升,使得地球上原始大气中氧气浓度不断增加。
四、元古宙
元古宙开始于25亿年前,结束于5.3亿年前。
一些细菌演化到有能力去使用氧来有效的从有机物中抽取能量。
而且有更多更复杂的细胞出现,包括有细胞器的真核生物。
原核细胞没有核膜,没有细胞器,结构简单。
真核细胞具有核膜,整个细胞分化为细胞核和细胞质两部分。
细胞核内具有染色体,成为遗传中心,细胞质内进行蛋白质合成,成为代谢中心。
由于细胞结构的复化,增强了变异性,使得真核生物能够向高级体制发展。
最接近的可能是古细菌。
大部分有细胞器的都可能是从共生细菌衍生而来。
之后出现有性生殖和多细胞生物,比如生活在海洋中的藻及海苔,引发更快的演化。
大部分的生命于海洋及湖中出现,一些蓝菌已经生活在湿润的泥土中。
经历斯图尔特冰期后多孔动物、刺胞动物、扁形动物及其他多细胞生物在海洋出现。
刺胞动物及栉水母是最早由神经元的生物,神经元只是一个简单的网,没有脑部或中央神经系统。
氧气的积累使臭氧层形成。
而臭氧层可阻挡太阳的有害辐射,使生命可以在陆地上发展。
寒武纪大爆发产生了现今动物的主要的门。
以三叶虫为主的节肢动物是最主要的门。
脊索动物的皮卡虫可能是人类的祖先。
五、显生宙
显生宙是距今5.7亿年以来有大量生物化石出现的时期。
显生宙表示在这个时期地球上有显著的生物出现。
而那些看不到或者很难见到生物的时代被称做隐生宙。
1.古生代
第一个脊椎动物甲胄鱼出现,与现今八目鳗及盲鳗纲有关。
海口鱼属及昆明鱼都是没有颌的鱼类,或称无颔总纲。
在寒武纪至奥陶纪间发生第一次生物集群灭绝。
之后第一个原始植物从绿藻演化并移至陆地上,沿湖边生长。
与它们一同的有真菌,可能植物与真菌是共生的,地衣就是共生的例证。
节肢动物的外骨骼可以支撑身体及阻止水分流失,是第一类移至陆地的动物。
奥陶纪-志留纪灭绝事件发生,这是第二次的生物集群灭绝。
之后首类没有翅膀的昆虫,即蠹鱼、跳虫及缨尾虫出现。
第一类鲨鱼亦出现。
晚泥盆纪灭绝事件发生,是第三次生物集群灭绝。
之后昆虫在地上及淡水中从多足纲演化。
一些淡水的肉鳍鱼类发展了脚及成为四足总纲。
四足总纲利用它们的脚走上陆地,可能是为了猎食昆虫。
肺部及鱼鳔演化出来。
两栖类今天仍保有很多早期四足总纲的特征。
同时植物演化了能保护植物胚体及容易快速生长的种子结构。
卡罗冰河时期盘古大陆形成并维持了1亿2千万年。
羊膜卵的演化,产生了能在地上繁殖的羊膜动物与爬行动物。
昆虫开始能够飞行。
大部分石松纲、有节植物门及桫椤目的森林覆盖陆地,当它们衰化后变成了煤及原油。
裸子植物开始广泛分化。
脊椎动物,包括两栖动物离片锥目、石炭蜥目及壳椎亚纲、早期的爬行动物出现。
二叠纪-三叠纪灭绝事件发生,这是第四次及最严重的生物集群灭绝。
杀死了约90%的当时的动物。
灭绝过后初龙类分开演化出其他的爬行动物。
主要的鱼类开始演化。
大气层的氧含量下降至以往三分之一的10%,所有有气泡呼吸系统的动物生长理想。
2、中生代
气候非常干燥,适合这种气候的初龙类及裸子植物得益。
初龙类分化成为鳄鱼、恐龙及翼龙目。
在合弓纲中,演化出哺乳动物的先躯。
最初它们都是细小的。
所有哺乳动物幼时都有乳腺及能保持恒常体温。
裸子植物是陆地上的主要植物。
草食性动物成长为巨大的体型以消化这些植物。
第五次生物集群灭绝的三叠纪-侏罗纪灭绝事件发生。
海中的爬行动物包括鱼龙类及蛇颈龙类兴盛。
恐龙从灭绝事件中存活过来,并成长为巨大的体型,但槽齿类全面死亡。
现今的两栖类开始出现。
联体病毒科可追溯至这个或更早的时期。
巨大的恐龙甚为普遍及多样化,有腕龙、迷惑龙、剑龙、异特龙、细小的嗜鸟龙及奥斯尼尔龙。
鸟类的祖先始祖鸟出现,有爪及羽毛,但没有喙。
现今有胎盘哺乳动物的祖先攀援始祖兽出现,它像现今的睡鼠。
人类及老鼠的最后共同祖先出现。
3、新生代
白垩纪-第三纪灭绝事件将差不多一半的动物物种(鸟类除外)消灭,可能是因小行星撞击扬起铱微尘覆盖整个地球,引起气候变冷所致。
没有了巨大及白天活动的恐龙,哺乳动物的多样性及体型得以增长。
一些哺乳动物重回海洋,其他的亦开始演化成能飞行,如蝙蝠。
一类细小、生活在夜间及栖息树上吃昆虫的统兽总目分支出。
灵长目有双目视觉及抓东西的指,可以帮助从一颗树跳往另一颗。
渐渐演化出各类现存哺乳动物。
灵长类动物渐渐进化成人类。