生物的進化(1 / 1)

生命活動“簡單”的植物的生命如此,靈活多變的動物又如何?時間跨度較短,以植物個體的某個生長發育時期開始到下一個出現相同發育時期為分界線的階段性討論植物個體某些方麵的生命歷程,當我們將時間拉長到整個生命出現進化到現今來了解生命是否能更近一步的瞥見生命的秘密?   追溯生命的演變,從無機元素在某個酸性水熱環境下巧合的合成了具有生物特性的有機分子,逐漸演化到單細胞原核生物,再逐漸演化到結構相對穩定的各類真核生物。   在這個演化過程中,人們將生物個體從產生經歷生長發育再到產生下一個與之相似階段的生物個體稱為一代,每一代新生物個體的產生都是上一代細胞遺傳生殖而來,並將兩代個體劃分為獨立生活的生物個體。   此後的一段時間一部分生物進化出可利用光能轉化為穩定的化學能維持生長的自養生物,一部分生物則靠吞噬其它有機物維持生長稱異養生物。   動植物在許多最本質的生存進化策略的邏輯上是相似的,在適應不同環境變化的漫長歲月中強化自己的生存能力而進化分支為植物和動物。   從最原始、最低等、最簡單的真核單細胞動物原生動物門到進化最高等的脊椎動物門的哺乳綱,從結構簡單、行為單一、生命短暫等到結構、行為、生命歷程精密且復雜多變。   每個微小的進化都需要連續的、漫長的時間,都對其生存和適應環境有著特定的意義。   漫長歲月中細胞動物在與環境協同演化過程中為了更好的適應環境,分化出不同形態結構、生理功能和生化特征的細胞,特化成了不同功能結構的組織、器官、係統,並將提供一個盡可能好的條件供一部分細胞負責將良好的基因遺傳給下一代。   如此循序漸進,每個現存的生物個體都有一條長長的連續的基因遺鏈連接到古老的生物。哀吾生之須臾,羨明月之無窮。攬萬物以遨遊,抱眾生而長終。   動物的進化包含著無數個細微結構的進化。環境的刺激與選擇是生物進化的主要因素,也是生物進化的方向。   作為能接受環境刺激的神經係統在動物的進化中就起著舉足輕重的作用,我們以動物神經係統進化為例探索動物的進化。   神經係統是由應激性高度發展的神經細胞(即神經原)和一些特殊的結締組織細胞(神經細胞膠質)等所組成。動物在生命活動中進行攝食、避敵、遷移、生殖等一係列活動時,神經係統起著對周圍的時實環境信息進行接受、傳導、處理、主導的作用。   3600百萬年前太古宙時期生命開始出現,到1600百萬年長城紀時期真核生物出現,後逐漸演化各種生物,將最原始、最低等、最簡單的真核單細胞動物劃分為原生生物門。   原生動物門內首先出現了神經係統的雛型,它由纖毛綱基體發出纖維連接組成,纖毛綱的纖毛基部有一細纖維,其向細胞內延伸一段距離與其它的纖毛小根聯係起來構成網狀係統,有傳導和協調纖毛活動的功能。這就是神經係統的雛型。   680百萬年震旦紀時期海綿動物門出現,海綿動物門時動物不再是簡單的單個細胞生物,此時海綿動物細胞分化出兩種類型的神經元。   但神經元之間沒有真正的突出性聯係,也沒有接受感覺和支配運動的技能。還不是真正意義上的神經係統。   同時,震旦紀時期出現腔腸動物門,腔腸動物門時有以突觸相連接的神經細胞,神經細胞與內、外胚層的感覺細胞、皮肌細胞相連接。感覺細胞與皮肌細胞形成神經肌肉體係。   但還沒有神經中樞,沖動傳導無方向,故常牽一發而動全身,此時的神經係統稱為擴散神經係統,是最原始的神經係統。   570百萬年寒武紀時期,生物大爆發,生物多樣性空前繁榮。570-490百萬年間扁形動物門、環節動物門、軟體動物門、棘皮動物門、節肢動物門紛紛出現。   到扁形動物門時神經細胞逐漸向前集中,形成身體前端的”腦“神經及從”腦“神經後分出兩條縱神經索,在縱神經索之間有橫神經相連,神經索最前端的神經節較大形成了形態學上的腦。   此時的“腦”雖然神經細胞很多,但功能上遠未達到腦的水平,隻是一個傳送信息的中轉站,腦沒有明顯的分析、協調等作用,還不能算是神經係統的主導部分。   此時的神經信號傳導有了一定的方向性,當動物收到刺激時會有方向性的運動,稱梯式神經係統。   到環節動物門至節肢動物門時神經細胞集中成神經節,神經纖維聚集成束而成神經,一係列的神經節通過神經纖維聯係在一起形成神經索。   此時的神經係統稱為鏈狀神經係統,狀神經係統已可分為中樞和外圍2個部分,每一段神經節隻能從身體的一個局部區域獲得感覺信息,也隻能控製這個局部區域的肌肉。   每個神經節既管本體節的反射機能,也與鄰近幾節的反射活動有關。身體最前端的神經節形成初步的腦(不同資料對腦的劃分有所差異,有資料將脊索動物門中脊椎動物亞門時出現的腦劃分為真正的腦),腦和腹神經索屬中樞係統,從腦和各神經節伸到身體各部的神經屬外圍係統,腦對於腹神經索已處於優勢的控製地位,腹神經索是受製於腦的,能形成記憶。   某些昆蟲具有更為進化的索狀神經係統,相比於鏈狀神經係統其兩條縱行神經索合二為一;前3對神經節合而為腦;食管下神經節也由頭部後3對神經節愈合而成,各環的神經節分段歸並,神經節向前部集中,腦發達,分為:前腦,中腦,後腦,提高了腦化程變。   棘皮動物門時動物身體結構有所改變,此前原腸胚孔形成的口既有取食功能又有排泄功能,兼有口與肛門的作用。   而棘皮動物門通過原腸胚的胚孔形成的口聯通到了身體後方,出現了兩個口,此後進化中原腸胚孔形成的口逐漸專營排泄作用形成肛門,新形成的口專營取食作用形成口。   口與肛門的分化使消化係統具有重要意義,使消化更完善。當神經感受感受環境刺激,肌肉能快獲得能量,故棘皮動物之前的動物稱為原口動物,棘皮動物以後的動物稱為後口動物。   棘皮動物的神經係統沒有形成新結構,分為外神經係統、下神經係統和內神經係統。   外神經係統來源於外胚層,位於圍血係統的下方,由圍口神經環和5條輻神經乾及其分枝組成;下神經係統(深在神經係統)位於圍血係統的管壁上,其組成與外神經係統相同;內神經係統位於反口麵的體壁上,由輻神經乾及其分枝組成。下、內2個神經係統都起源於中胚層。中胚層細胞形成神經係統是本門動物獨有的特點。   三個神經係統的分布都與水管係統相平行,都與所在地方的上皮細胞相連。相連的上皮細胞有傳導刺激的作用。一般是外神經係統較發達,其他兩個神經係統因種類而異。   438百萬年誌留紀末期,無脊椎動物開始向有脊椎動物演化。半索動物門為無脊索到有脊索的的過度類群,具有雛形的被神經管。   脊索動物門因具有脊索、背神經管和咽鰓裂等一係列進化特征,脊索在進化中逐漸形成了脊柱,經尾索動物亞門、頭索動物亞門(無真正的頭,頭索指脊索縱貫全身,一直到達身體最前端)到脊椎動物亞門時脊柱代替了脊索。   脊柱是由脊索進化而來的身體背部縱貫全身的脊梁骨,其支持身體的中軸和保護脊髓的器官,對有機體起負重,減震,保護和為其它結構提供著力點等作用,有效的保護了脊髓和其它重要的神經組織,使動物能夠快速運動、直立行走、飛行等一係列進化功能。   同時這些進化有機體各結構之間相互聯係的、緊密的、復雜的、綜合的相互聯係在一起,常一進化結構就能促進整個有機體各結構的適應與加強。   由於脊柱出現使得有脊柱的動物與無脊柱的動物之間有了明顯的區別,故由此為分水嶺將動物分為無脊椎動物和有脊椎動物。脊索動物門中脊椎動物亞門種類繁多,結構復雜,其分為原口綱、魚綱、兩棲綱、爬行綱、鳥綱、哺乳綱,進化程度上逐漸遞增。   410百萬年泥盆紀早期圓口綱動物出現。   圓口綱動物背神經管已經分化為腦和脊髓,並有集中的感受器,但因營寄生半寄生生活,感受器和腦均不發達,結構簡單,脊神經背根和腹根不相連。初步形成五部腦,即大腦、間腦、中腦、小腦及延腦,但小腦極不發達,未形成獨立結構。   五部腦在一個平麵上,沒有腦彎曲。嚴格的說,腦隻有四部,即大腦、間腦、中腦及延腦,小腦極不發達,未形成獨立結構。腦神經10對,即嗅神經、視覺神經、動眼神經、滑車神經、三叉神經、外展神經、嗅覺神經、顏麵神經、聽覺神經、舌咽神經、迷走神經,各神經行使著特定的功能,協調機體對復雜環境條件作出響應。   同時,400百萬年泥盆紀時期魚類出現繁盛,魚腦的形態較原始,腦小,一般不充滿於顱腔之內,腦彎曲度很小,在背麵可看到五部腦的分布。   大腦主要是古紋狀體和古腦皮部分,其機能僅限於感嗅。魚類的學習能力很差,切除魚的大腦,除失去嗅覺而外,對外界刺激的反應不表現顯著的破壞。中腦是腦的高級中樞。   350百萬年早石炭世時期,動物開始由水生向陸生進軍,出現兩棲動物。   兩棲類神經係統和魚類相比,兩棲類的腦有了進步性的變化,但在陸生四足類中還處於較低級的水平,腦的彎曲不大,在背麵腦的5個部分仍能看到,大腦半球的嗅葉大,側腦室已完全分開。   大腦半球出現原腦皮,具古紋狀體,主要機能仍是感嗅。中腦2個視葉分開,兩棲類由於運動方式簡單,缺乏多樣的積極活動,其小腦極不發達,僅是一橫褶,位於第四腦室前緣。   250百萬年晚二疊世時期,兩棲動物進一步適應陸地生活,羊膜卵結構的出現使得動物擺脫生殖必須回到水環境的限製,使得動物完全適應陸地生活,出現爬行綱。   爬行類神經係統,腦的各部都有很大的發展。腦彎曲較兩棲類顯著,背麵看不見間腦。   大腦兩半球增大,紋狀體增多,出現新腦皮。紋狀體的重要性增加,其地位僅次於中腦。間腦的丘腦部分大,間腦頂上有鬆果體及頂器。   中腦僅為一對視葉(蛇類中腦背麵已分化為四疊體,在響尾蛇及蟒蛇很明顯)。在爬行類,視葉的作用開始下降,但仍為高級中樞,重要性仍在紋狀體之上。   小腦由於運動的復雜而比兩棲類發達,水生爬行類的小腦更為發達;鱷的小腦已有分化為中央的蚓部和兩側的小腦鬈的趨勢。延腦發達,具有作為高級脊椎動物特征的頸彎曲。    190百萬年早侏羅紀世時期始祖鳥類出現,鳥類具有較發達的神經係統。   鳥類腦神經從圓口綱的10進化增加12對腦神經。其腦部紋狀體高度進化復雜,小腦與視葉發達,小腦比爬行類發達得多,為運動的協調和平衡中樞。   鳥類的中腦接受來自視覺以及一些低級中樞傳入的沖動,構成比較發達的視葉。鳥的眼大,視覺敏銳,飛翔時必須有精確的協調運動,由此導致中腦視葉與小腦的發達。但鳥類嗅葉退化,與鳥的嗅覺不發達相關。   鳥類腦的體積較大,在脊椎動物中僅次於哺乳類。腦的彎曲度大,特別是延腦的頸彎曲甚為明顯。   大腦很膨大,向後遮蓋了間腦及中腦前部。大腦的增大主要是由於紋狀體的增大(新增加上紋狀體)。鳥的大腦皮層仍是以原腦皮為主,新腦皮雖已出現,但還是停留在爬行類的發展水平,高級中樞仍在中腦。   65百萬年古新世時期哺乳綱動物出現,哺乳類動物的神經係統高度發達,主要表現在大腦和小腦體積增大,發展了新腦皮,腦表麵形成了復雜皺褶(溝和回),大大增加了新腦皮的表麵積。   在哺乳類以外各綱中作為最高運動中樞的紋狀體在哺乳類隨著新皮層的發達而退居次要地位,成為調節運動的皮層下中樞。   大腦兩半球皮層之間的神經聯係極為發達,形成哺乳動物特有的胼胝體。間腦發達,成為大腦與其他各部及脊髓之間的重要中繼站。   中腦為四疊體(前丘與後丘各1對),在機能上退居為視覺和聽覺反射中樞。哺乳類的小腦相當發達,不僅表現在小腦的增大,同時也表現在小腦內部的分化,由中央的蚓部,兩側發達的小腦半球和半球兩側的小腦絨球(小腦鬈)組成。   小腦半球是哺乳類新出現的。哺乳類腦的極大發達是其能成為最高等脊椎動物並在地球上占據統治地位的重要原因。   天地萬古悠悠,生命循環往復,這就是在歲月長河中生命一小部分進化的一個完整過程,其從無到有、從分散到集中、從簡單到復雜的進化。   這樣的過程同樣出現在動物的其它結構上,例如消化係統、呼吸係統和運動係統等等。各部分再協調適應,相互協同進化,便逐漸進化出一個完美的有機體。   當我們對某些事物司空見慣後,我們就會將他視為理所應當,從而忽視它的本質和對其背後邏輯規律的探究。   那些我們看似簡單渺小的生命和那些我們看似習以為常的並覺得原本如此結構,都譜寫過一篇華麗精妙的生命之歌。就如同我們目所能及的生物體大多都是對稱的現象,卻沒有人問為什麼,沒有人探索其背後的邏輯以及對稱的意義。   我們都知道細胞是構成生物的最小單位,也知道細胞在沒有機械力作用下一般是近圓型的,那麼為什麼其構成的生物體卻一般是兩側對稱的。其實進化之初的動物並不是對稱的,找書苑 www.zhaoshuyuan.com 其在運動、感知、結構在各個方向上都隨機無區別的,因此對環境的刺激往往是無選擇性的反應,這就導致了生物不會躲避危險以及靠近資源。   所以生物才慢慢進化出各種對稱,以兩側對稱為例,動物輻射對稱時在兩側對稱的出現使得動物的生體有了前後、左右、背腹之分,這樣使得各部分功能更特化,前後之分使動物運動有了方向性,向前運動時總是身體前端先接觸環境。   因此為避免機體遇到的危險,動物逐漸將神經中樞集中在前部,同時進化出的各種感官也集中在身體前端。背腹之分使得背部更特化出多種防禦結構,腹麵內著生更多的脆弱器官;左右之分利於平衡等。   當然動物作為一個生命體,各結構之間是相互聯係的。簡單的可知的是神經的進化會導致機體迅速對環境刺激作出反應,這就需要肌肉等運動組織的相應增強,運動的增加又需要匹配較強的起消化係統和呼吸係統……   總而言之,生命體的進化是一個長期的、邏輯的和整體的過程。有興趣的讀者可以去了解動物從水生向陸生進化的詳細過程,了解其如何解決呼吸問題、運動問題以及生殖問題等等,你會感嘆自然界的奇妙!   從整體上看,生物的進化是連續不斷的,似乎生命的壽命不應該以個體計算。個體也並沒有死亡,其以生殖的方式繼續成長;個體並不是生命周期性獨立個體,其為生命生殖方式。   在時空的長河中,人隻不過是生命的一小部分,深邃的星空之下,人類如此渺小。