生命進化史上的11次大飛躍

2023-04-02 00:50:23

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生命是一段漫長的旅程，但關鍵只是幾步同樣，儘管地球上的生命有超過35億年的進化歷史，但當今世界成功的關鍵在於進化過程中的這些重大飛躍。

1年，昆明魚帶棘、頭、眼

年昆明魚恢復圖

從生命起源到人類的出現，在漫長的生物學史上有過許多偉大的飛躍。在

中，生命的起源一直是科學家們尋找的難題。由於缺乏早期生命化石的可靠形態學證據，這常常是一個謎。

達爾文在寫《物種起源》的時候，寒武紀地層突然出現了結構非常複雜的三葉蟲化石，這讓他感到非常頭痛，因為當時寒武紀之前沒有發現動物化石記錄。

和舒德幹院士等的研究表明，脊椎動物早在寒武紀就開始分化，結果發現了地球上第一條魚。

昆明魚恢復圖

昆明魚是已知最古老的脊椎動物，發現於5 . 3億年前的寒武紀地層中。

是一種相對原始的無顎魚類，表皮無骨無鱗，身體呈梭形，可分為頭部和軀幹兩部分。它看起來像今天的黑魚，長約2.8釐米，高6毫米。迄今為止，地球上已知最早的高等動物化石已經出現。

昆明魚的發現不僅推動了包括人類在內的整個脊椎動物5000萬年的進化史，而且改寫和完善了脊椎動物早期進化的理論。

2年，最初的全頜魚類有頜，並積極捕食

今天的生物圈。大白鯊無處不在，但大白鯊是進化史上的又一次巨大飛躍從進化的角度來看，人類的下顎結構可以追溯到「魚的祖先」

原始全頜魚類恢復圖

由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱民研究員領導的國際研究小組在雲南省古志留系地層中發現了一種保存完好的魚類化石，並將其命名為「原始全頜魚類」大約4 . 2億年前，

的發現拾起了進化中的「失去的環節」，彌補了從無牙到無牙進化過程中的缺失環節，揭開了頜骨起源的神秘面紗，恢復了4億多年前人類面部骨骼首次出現時的面貌。

的結構變化保證了魚類的生存和進化。與此同時，經過許多變化，它已經傳播到成千上萬的物種，包括我們現在。

有下顎，開始捕食，這是進化中最強大的驅動力。隨著掠奪行為的升級，動物的進化也在加速。

3年，魚蝦有四條腿。爬行著陸

著陸是生命進化史上的一件大事。它改變了地球的整個面貌，創造了現代動植物。由於晚泥盆世至早石炭世生活環境的變化，

開始由水生向陸生進化。

，作為第一批試圖登陸的脊椎動物，都是自然界的實驗動物。他們中的大多數很可能悲慘地死去。然而，那些在陸地上進化出一種新生活方式的個體及其後代已經在陸地上創造了一個全新的生活空間，擺脫了脊椎動物對水的限制，並向更高的進化水平邁進。

魚骨恢復圖

到目前為止，科學家發現的最早上岸的脊椎動物是一種叫做魚骨的原始兩棲動物，也是最早的四足動物。

魚骨魚的骨骼特徵顯示了兩棲動物和魚類的完美結合。脊椎骨比肉鰭魚略好，但尾巴仍像魚尾一樣保留鰭。

結實的肩帶、腰帶和完全發育的前後肢表明魚骨魚可以用四肢在地面上移動。

這些脆弱的肢體最終進化成了我們的手和腳。

4年，生產綿羊卵的單弓獸的祖先，徵服了陸地

年登陸後，動物們面臨一系列新問題，例如，沒有浮力，它們必須支撐自己的體重並完成生存活動；學會呼吸空氣中的氧氣。防止體內水分過度蒸發；學會在陸地上繁殖也很重要。

為了徵服陸地，爬行動物在進化過程中具有輸卵管卵的結構，使爬行動物有可能在陸地上繁殖，從而從根本上擺脫對水環境的依賴。

羊膜蛋覆蓋有堅韌的蛋殼，可防止蛋變形、損壞和水分蒸發。雞蛋中豐富的蛋黃能為胚胎發育提供充足的營養。

祖先單弓獸恢復圖

祖先單弓獸生活在晚石炭世3.2億年，是包括哺乳動物在內的所有單弓動物的祖先

不像蜥蜴及其同類。祖先獨角獸體型更大，長50釐米。原始一神論生活在3.2億年前的新斯科舍。原始一神論和其他早期羊膜動物生活在森林表面。

5，始祖鳥，用後腿行走，捕食

始祖鳥復原圖

始祖鳥，又名龍，被認為是迄今發現的最原始的恐龍。1993年，始祖鳥在伊斯珠拉斯託盆地被發現，這是南美洲阿根廷西北部一個極度貧瘠的地區。該地區屬於晚三疊世地層，代表了恐龍時代的黎明。

一些科學家認為，曙龍的各種特徵表明，它很可能是所有恐龍的祖先。始祖鳥

是一種可以用兩條腿走路的小型食肉動物，但它也可能不時「用雙手和雙腳」。始祖鳥是一種非常小的恐龍，長約1米，長大後重約10公斤。它是一種有腳趾的動物，它的後肢支撐著它的身體。它的前肢只有後腿長度的一半，每隻手有五個手指。始祖鳥

能快速衝刺，當它抓住獵物時，會用手指和牙齒把它撕碎。曙龍的鋸齒狀牙齒證明它們可能是食肉恐龍。

始祖鳥與人體尺寸

6相比，熱河鳥有羽毛和恆定的體溫

熱河鳥恢復圖

1861，始祖鳥在發現之初就被它逐漸進化的鳥羽毛和爬行動物似的尾巴所震驚，這成為爬行動物向鳥類過渡的重要證據，並為幼鳥的進化提供了重要證據

熱河鳥的發現為鳥類起源於恐龍的假說增加了最新的證據。熱河鳥的年齡雖然比始祖鳥晚，整體特徵更先進，但尾骨更原始，這體現在它的脈弧更發達，關節突起更長。這些特徵與梁龍恐龍非常相似，表明鳥類與這種類型的恐龍關係密切。

此外，熱河鳥的第二爪也是特別開發的，它不同於其他鳥類，但類似於小獸腳類恐龍，如梁龍和唐龍

近年來，在遼西朝陽地區陸續發現了許多重要的羽狀恐龍化石，這是支持鳥類起源於恐龍理論的重要依據。熱河鳥的發現首次從鳥類化石方面支持了這一假說。

熱河鳥化石

中國古脊椎動物和古人類研究所的古鳥類學家周忠和教授說:「這種化石具有非常不尋常的意義。這是迄今為止在我國發現的最原始的鳥。」「在已發現的鳥類中，

的原始性僅次於始祖鳥，但它的尾骨比始祖鳥多。它是從恐龍到鳥類的重要過渡類型，對鳥類早期飛行和鳥類羽毛早期進化的研究至關重要。

熱河鳥的發現對加深我們對早白堊世鳥類生態多樣性的認識具有重要意義。

7，恆溫摩根獸，卵生哺乳動物

當恐龍經歷擴張和多樣化時，第一批哺乳動物也進化了，它們被記錄在英格蘭南威爾斯三疊紀地層中

的早期哺乳動物體型相對較小，有點像鼩鼱(q ú j和ng)，可能只在夜間活動。這些特徵可能促使它們進化成能夠保持恆定體溫的溫血動物。

摩根獸是地球上最早的哺乳動物的代表

摩根動物修復圖

摩根動物牙齒屬於哺乳動物類型，有小門牙、單個、大而尖的犬齒、雙根前磨牙和上表面有許多尖牙的臼齒這些尖端或多或少地沿著牙齒的中心軸線排列成一條直線。

在隨後的時代中，通過「漫漫長夜」發展起來的整個大型哺乳動物家族，是在摩根獸的身體特徵的基礎上逐漸分化和進化的。從這個意義上說，摩根獸代表了包括我們人類在內的整個哺乳動物家族的祖先類型。

8、卡多猿兩足動物和直立行走

南猿一般被認為是從猿向人轉化的第一階段。然而，在南方古猿之前的原始人類化石相對來說比較稀少和零碎，所以關於人類和黑猩猩在最後一個共同祖先之後的系統發育關係的研究仍然不清楚。

2年，在衣索比亞的阿法爾盆地發現了猿化石。它的學名意為生活在地面上的猿，被稱為「最早的原始人」

其中，早期的物種是cadabapithecus，晚期是原始猿(也叫lamida ape)。兩者的主要區別在於前者的犬齒更接近黑猩猩，而後者更像人類。古地理學家們認為，卡達布猿是人類分支從黑猩猩分支分裂出來後最早的動物。它的腳趾骨表明它可以直立行走，同時適應樹棲生活。

kadabapetecus在解剖形態上具有猿類組合特徵。也許正是這種猿類和人類之間的過渡物種最終進化成了眾所周知的南方古猿阿法瑞斯。

9年，能人大腦容量突然增加，可以製造工具

年能人復原圖

1960年在坦尚尼亞西北部奧杜瓦伊山谷發現能人能人和勒多夫人一樣，屬於最原始的人類層次。頭骨壁很薄，尾部嵴不明顯。能人這個名字的意思是「靈巧的人」，是南方古猿和猿人之間的中間類型。

大約150萬到250萬年前，其中一隻南方古猿進化成能人，最早出現在非洲東海岸，也就是所謂的早期猿人。能人是指能製造工具的人，是最早的人類動物

能人很矮，身高為144釐米，門牙和犬齒較大，前臼齒比細長的南方古猿窄，鎖骨與現代人相似，手骨和腳骨比現代人厚，總體來說，它仍與舊人相似，顱骨骨壁薄，眉脊不明顯，腦體積約為680毫升舊石器時代開始了，經過幾十萬年的進化，能人最終被直立人取代並消失了。能人和它的後代直立人共存了一段時間。在非洲發現的最早的石器被稱為奧杜瓦伊文化，最初被認為屬於有能力的人和強壯的人。

10年，工匠們褪去體毛，學會了使用火

，人類家庭的重要成員。190萬到180萬年前，

與直立人相比，工匠使用更加多樣和先進的石器。工匠很可能是第一個生產奧杜瓦伊文化工具的人。經過改進，他們開發出了阿丘裡安的雙面斧。

工匠經常需要奔跑來捕捉獵物。在乾旱炎熱的非洲，跑步很容易導致氣溫上升。為了保持恆溫，它們需要散熱。出汗是散熱的最佳方式。出汗需要裸露的皮膚。隨著時間的推移，在自然選擇的作用下，一些工匠經歷了基因突變並脫毛。

在性別選擇的驅動下，女性(或男性)工匠更願意與脫毛繁殖的男性(或女性)工匠交配。這樣，越來越多的後代將由脫毛的工匠產生，越來越少的後代將由有毛髮的工匠產生。直到有毛髮的工匠滅絕而沒有後代，脫毛的工匠將代代相傳。

最初脫毛的工匠皮膚是白色的。為了避免皮膚損傷，皮膚細胞產生黑色素，防止紫外線損傷細胞核中的染色體。慢慢地，脫毛的工匠的皮膚變黑了。

工匠可能是第一個發出人類聲音的人類家庭，儘管程度非常有限。根據對「圖爾卡納少年」的研究，他的頸椎比後來的人要窄得多，所以人們長期以來一直推測身體的限制可能會阻止他們發出更複雜的聲音。

，但基於進化良好的大腦，它們可能有某種形式的語言或符號交流。

11，學會生火的智人，有一種語言

早期智人復原圖

「智人」指會製造工具的人。智人的身體結構與直立人非常相似，但它的大腦體積要大得多。我們現代人都是智人的後代。可以說，現代人屬於一個物種的原因是因為現代人在不同膚色的人之間通婚，他們所生的孩子仍然可以繁衍後代。

根據他們皮膚的顏色，現代人被分成4個亞種，即黑色、白色、黃色和棕色這四個亞種都是10萬多年前(或5萬年前)的晚期智人，離開非洲後遷移到世界各地。由於地理環境和氣候的差異，智人形成了不同的亞種。

智人的大腦容量為1300-1600毫升，語言相對發達，製作精巧的工具，可以用火輕鬆生火。

智人不僅吃用火烘烤的植物的根和莖，還吃煮熟的肉和根。吃烤熟的食物時，它不需要用力咀嚼。隨著時間的推移，最裡面的臼齒咀嚼減少，甚至停止咀嚼食物。結果，智人的下頜骨變得又小又窄，下巴出現了。最裡面的臼齒的生長空間是有限的，甚至不能很好地生長。

化石研究證明，只有我們智人有下巴和智齒，而我們的祖先能人、工匠、海德堡人、尼安德特人和傑尼索夫人都沒有下巴，他們與我們混血。

智人是唯一現存的智人代表。它幾乎覆蓋了整個地球，可以說是最成功的物種。

12，未來人類的生活永遠不會停止，進化是超過

未來人類的圖

從遺傳學的角度來看，進化是生物體的遺傳(genetic)變異，在自然選擇的作用下，好的變異會積累和遺傳，壞的變異會自然消除換句話說，進化是適應性變化。

在地球上，只要是活著的個體，無論多麼大或多麼小，無論多麼強或多麼弱，為了延續和發揚家族傳統，突變必須發生。甚至無性細菌也會變異，更不用說我們人類了

有4500萬年的歷史。經過數百萬年的進化，這是基因突變積累和突變的過程。人類的大腦體積從450毫升到超過1600毫升不等。人體上的所有毛髮都變得光滑。人體已經從狩獵和採集轉向耕種和生產。

人類的每一次基因變異都是一次巨大的變化，人類的每一次進化都是一次飛躍。如果我們從最早直立行走的原始人類lamida到現在的人類，人類大致經歷了五次進化飛躍，即南方古猿階段、能人階段、工匠階段、海德堡階段甚至智人階段。人類為什麼進化？這從生物進化的機制開始。

生物體的生長和繁殖是細胞分裂和繁殖的過程。一個擁有60-70萬億細胞的嬰兒是十月份懷孕後原始受精卵不斷分裂和繁殖的結果。

以及細胞分裂和複製都容易出錯。即使細胞中有糾錯胺基酸，細胞複製的錯誤率也只有十億分之一。如果攜帶人類基因的DNA片段發生細胞複製錯誤，即基因變異，它們將被人類遺傳。

，這種遺傳變異是隨機的，沒有方向和目的，所以進化是不可控的，只有在自然選擇的作用下，良好的遺傳變異，即適應性遺傳變異，才能得以保存。

因此，人類將在未來進化，而且這將一直發生。它永遠不會停止，永遠不會結束，永遠不會結束。簡而言之，進化是一個漸進的過程，一個飛躍的過程，一個不斷創新的過程。生物學有無限的變異潛力，人類有無限的創造潛力。生活在繼續，進化在繼續。

現在正面臨生命進化史上的第12次飛躍。這一飛躍始於「解密物種起源的青少年科普系列」《

》是一本用故事講述生命科學的啟蒙書籍，它引導兒童穿越時空，從寒武紀生命大爆發到人類文明，激發兒童的好奇心，激發兒童的探索精神，培養兒童有益於一生的科學思維方式，賦予兒童好奇心、探究能力、毅力和模式的元能力。

破譯物種起源青年科學系列255

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