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        我為兒孫講科學(xué) 生命科學(xué)(二)

        2015-01-03 09:41:14繡夫編輯丙舍
        科學(xué)生活 2015年3期
        關(guān)鍵詞:雀鳥生命體達(dá)爾文

        文/繡夫 編輯/丙舍

        我為兒孫講科學(xué) 生命科學(xué)(二)

        文/繡夫 編輯/丙舍

        生命的起源

        我們所居住的地球已經(jīng)存在了大約46億年。在地球形成的早期,它非常熱,也非常危險(xiǎn),常常受到流星撞擊和火山爆發(fā)的侵襲,不可能誕生生命。然而,隨著地球逐漸變冷,它的表面也變得比較平靜了。從地下持續(xù)噴發(fā)的水蒸氣形成了云朵,云又變成雨滴落下來。在地球上的水中,生命跡象從大約35億年前開始顯現(xiàn)。有些人相信生命是被專門創(chuàng)造出來的,但大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為,生命來自于隨機(jī)發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過幾百萬年的進(jìn)程,這些化學(xué)反應(yīng)逐漸把簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)塑造成為生命體。

        讓我們想象一下:當(dāng)時(shí)年青的地球被湖海所覆蓋,湖海中含有一些簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì);由于太陽(yáng)照射和閃電撞擊所產(chǎn)生的能量會(huì)使這些化學(xué)物質(zhì)互相反應(yīng);逐漸地,某些這樣的化學(xué)反應(yīng)會(huì)創(chuàng)造出一些能夠復(fù)制它們自己的化學(xué)物質(zhì)和一些能覆蓋它們的膜狀物,把它們與外界隔開。

        1953年,兩位美國(guó)化學(xué)家哈羅德?尤里和斯坦利?米勒試著證實(shí)這樣的猜測(cè)。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn),確實(shí)能夠從簡(jiǎn)單的物質(zhì)中制造出復(fù)雜的物質(zhì)。在他們的著名實(shí)驗(yàn)中,他們把早期地球的湖海和大氣層中存在的簡(jiǎn)單化學(xué)物質(zhì),如水、甲烷、氨和氫氣的混合物放置在一個(gè)密閉容器中。他們希望看到,當(dāng)這些化學(xué)物質(zhì)互相反應(yīng)后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行了一周以后,他們發(fā)現(xiàn),確實(shí)有一些新的復(fù)雜物質(zhì)形成了,其中就有氨基酸。我們知道,氨基酸是與構(gòu)成生命體組塊的蛋白質(zhì)緊密相連的。

        人們一度認(rèn)為,生命體可能從無生命的物質(zhì)中突變形成。他們想,蛆蟲不是從逐漸腐敗的肉中滋生出來的嗎?然而意大利科學(xué)家拉扎洛?斯巴蘭扎尼(1729—1799年)和法國(guó)科學(xué)家路易斯?巴斯德(1822—1895年)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,這種想法是錯(cuò)誤的。生命體總是經(jīng)由繁殖產(chǎn)生的。

        最古老的生命形式:這些藍(lán)藻是生命體的簡(jiǎn)單形式,類似于植物。它們通常生活在淺水中,依靠光合作用來為自己制作養(yǎng)料。地理學(xué)家已經(jīng)在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了藍(lán)藻化石,它們的形成年代為35億年前。它們一定是地球上最早的一批生命體。

        如果生命在地球上由化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生,那么這一過程在地球之外也會(huì)發(fā)生。1996年,美國(guó)科學(xué)家宣布,他們?cè)趤碜曰鹦堑碾E石中發(fā)現(xiàn)了微生物化石。但不是所有科學(xué)家都確信這些東西是化石,而且他們也不能肯定,它們一定是在這些隕石到達(dá)地球前形成的。也有許多人認(rèn)為,這些化石是由于化學(xué)過程蝕刻形成的,而不是什么生命的遺存。

        生命的進(jìn)化

        那么,生命究竟是怎樣產(chǎn)生的呢?也許你會(huì)想,我們?nèi)绻芡嘶氐綆装偃f年前,看看當(dāng)時(shí)的生命體,那該多好啊!那僅僅是一種幻想,無法實(shí)現(xiàn)。于是,科學(xué)家們到化石中去尋找這一答案,因?yàn)榛褪钱?dāng)生命體被泥漿或砂石突然埋葬后形成的。在這種情況下,動(dòng)植物的柔軟部分會(huì)腐爛掉,無跡可尋;但它們軀干的堅(jiān)硬部分,比如,莖稈,骨頭,牙齒和殼等會(huì)非常緩慢地轉(zhuǎn)化為石頭。遍布全世界的化石顯現(xiàn)了生命體在幾百萬年中逐漸變化的情況。有些物種滅絕了;有些老的物種發(fā)展成為新的物種,這種變化過程就叫做進(jìn)化。

        由于一個(gè)很偶然的機(jī)會(huì),人們從一塊化石發(fā)現(xiàn):今天非常大的一個(gè)種群—鳥類—是從另一個(gè)種群進(jìn)化而來,這就是始祖鳥化石。它顯示這種動(dòng)物既有像爬行動(dòng)物身上那樣的鱗片和牙齒,也有鳥類的羽毛。藉由這個(gè)證據(jù),生物學(xué)家?guī)缀蹩梢钥隙ǎB類是從爬行動(dòng)物進(jìn)化而來。

        化學(xué)繁殖:生命可以以一種簡(jiǎn)單的方式開始形成:一種化學(xué)物質(zhì)隨機(jī)地參與一系列化學(xué)反應(yīng)中,這些化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致其復(fù)制品的產(chǎn)生。這一復(fù)制品又可以經(jīng)由同樣的反應(yīng)制造出它自身。于是,化學(xué)物質(zhì)就能夠繁殖了。

        化石記錄:始祖鳥化石是1861年在德國(guó)被發(fā)現(xiàn)的。人們據(jù)此認(rèn)為,始祖鳥是從一種用雙腿爬行的小恐龍進(jìn)化而來。

        生物的進(jìn)化過程

        為什么植物和動(dòng)物會(huì)一代又一代地緩慢變化呢??jī)晌挥?guó)生物學(xué)家達(dá)爾文(1809—1882年)和華萊士(1823—1913年)于1858年分別獨(dú)立地得出了答案。他們知道,某個(gè)物種的成員們彼此之間會(huì)有輕微的區(qū)別,這種區(qū)別能夠傳遞到下一代。他們還知道,所有生命體都必須為爭(zhēng)奪食物等資源而展開競(jìng)爭(zhēng)。達(dá)爾文和華萊士認(rèn)識(shí)到,帶著最有用的特點(diǎn)的新生一代會(huì)逐漸產(chǎn)生大多數(shù)后代。其結(jié)果是,物種將進(jìn)化,或者變得更能適應(yīng)其生存方式。這一過程就叫做自然選擇,適者生存。1859年,達(dá)爾文把這一理論的概要寫成一本暢銷書:《物種起源》。

        這只母蜘蛛背上馱著幾百個(gè)它的卵。不是所有孵化的小蜘蛛都能存活,它們之中大多數(shù)在能繁殖后代之前就死掉了。事實(shí)上,如果這些蜘蛛不為食物和住所而競(jìng)爭(zhēng),并大量死去的話,整個(gè)地球就會(huì)被蜘蛛們占領(lǐng)。

        達(dá)爾文是怎樣總結(jié)出進(jìn)化論的理論呢?

        經(jīng)過一次幾乎環(huán)繞地球的航行,1832年,達(dá)爾文乘船到達(dá)離開南美洲西海岸很遙遠(yuǎn)的加拉帕戈斯群島。達(dá)爾文在加拉帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)了一些體型很小、羽色暗淡的雀鳥。開始時(shí)它們并沒有引起達(dá)爾文的關(guān)注,后來他把采集的標(biāo)本交給了著名的鳥類分類學(xué)家約翰?古德,請(qǐng)他分類。約翰?古德的結(jié)論是,這些小鳥是一些與現(xiàn)有的雀鳥不同的新物種,但它們?cè)谟鹕?、鳴叫、造巢等方面的行為極為相似,它們最大的不同之處是在喙形上。他按照喙形竟把這些小雀分成了13種。古德的研究結(jié)果讓達(dá)爾文頓悟,認(rèn)識(shí)到了這些小鳥之間的差異具有的重要意義。他把他的頓悟?qū)懗闪艘欢卧?,發(fā)表在了《物種起源》的第二版里:“看了這些體型小而密切相關(guān)的鳥類在構(gòu)造上的演進(jìn)和多樣性之后,人們確實(shí)會(huì)推想,后來由外邊引進(jìn)了一個(gè)物種,然后這個(gè)物種為了各種不同的目的,發(fā)生了變異?!?/p>

        達(dá)爾文有豐富的博物學(xué)知識(shí),并曾在南美大陸考察,他知道南美大陸只有一種小鳥屬于這種雀形目。但是,他在加拉帕戈斯群島的幾個(gè)島上卻捉到了十幾種這種雀形目的小鳥,而且每種之間都有差異。最初的雀鳥覓食種子,生活在南美大陸上,而它們的后代逐漸進(jìn)化成具有不同的喙和不同的生活方式的物種。覓食種子的雀鳥通常有大的強(qiáng)大的喙,而以覓食昆蟲的雀鳥卻有細(xì)而尖的喙。他非常敏銳地意識(shí)到,南美大陸的雀形目小鳥在這里已經(jīng)進(jìn)化成十幾種鳴雀,進(jìn)而他推斷出世界上所有的鳴雀都來自一個(gè)共同的祖先,因?yàn)樗鼈兎浅O嗨啤?/p>

        達(dá)爾文按照這種推理方式,最終推論,地球上所有的生物都有一個(gè)共同的祖先。

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