生物体的进化

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地球大约在40亿到50亿年前出现。大约35亿年前，生命在地球上开始出现。从那时起，大约出现了1500万种不同的生物物种。然而，到目前为止，只有大约200万种被发现。在本课中，我们将了解生命是如何在地球上开始的，以及如此多样化的生物体（俗称生物多样性）是如何通过变异和自然选择产生的。

自我复制遗传物质的起源

由于冷凝和聚合作用，最初的地球是一个稀薄的沸腾的“汤”，形成了复杂的的有机分子。生命的起源至少需要三个条件：

• 能够连续自我复制的多聚体的形成；

• 这些复制体的复制必须通过突变发生错误；以及

• 自我复制体持续不断的自由能源供应以及与一般环境的部分隔离。

早期地球的高温可能满足了突变的条件。自我复制偶然产生了变异。核酸似乎是第一个复制体。实验室中对团聚体、蛋白质微球体和类似脂质体的原始生物体的合成证据支持了原始生命细胞的形成。RNA的起源进一步支持了这一观点，RNA既作为酶又作为遗传物质，以及DNA。根据数据，RNA分子先出现。RNA可以自我复制并充当酶（核酶）。

复制错误可能会导致稳定的自我复制分子。在现存的生物体中，RNA具有多功能特性和广泛的功能，如DNA复制中的RNA引物翻译、RNA干扰、剪接和RNA加工等。这些功能在早期的进化过程中发挥了至关重要的作用。肽可以由主要的RNA核苷酸序列（存储信息）编码。

原始生物体携带古老的RNA。原始生物体可以分裂并将信息传递给子细胞。自然选择可能会导致有利的世代。RNA被DNA取代的一些可能原因包括：

• 由于其低反应性，DNA是遗传信息的稳定载体。

• 复杂生物体所需的RNA快速复制是不可实现的。化学物质可能会损坏RNA。

原核生物的起源

在生命史上，证据表明地球的大气层从原始大气（缺乏氧气）过渡到次生大气（少量氧气）。第一个原始厌氧生命细胞（原核生物）的进化可能如下所示。

• 具有短链分子的原始膜结合囊泡的发展。

• RNA既作为遗传物质又作为核酶。

• 在原细胞或原始生物体中，原始的代谢机制导致了基本的生化过程。

• 自然选择在原细胞的发展中起作用。

原核生物，缺乏核膜和细胞器，被认为是在35亿到38亿年前进化而来的。由于大气中缺乏游离氧，环境是厌氧的。这些原核生物贡献了它们的核膜、细胞骨架和复杂的细胞器。它们通过二元裂变分裂。第一个原核生物利用在无氧（还原性）环境中海洋肉汤中发酵有机化合物产生的能量。因为它们需要预先形成的有机物质作为营养，所以它们是异养生物。

由于异养生物数量的快速增长，海水中营养物质开始逐渐减少和耗尽。这导致了自养生物的出现。自养生物可以通过化学合成或光合作用产生它们的有机化合物。由于温度下降，海水中停止了有机化合物的产生。一些早期的原核生物进化成为化能自养生物，它们可以利用无机化学过程中释放的能量来制造有机食物。这些厌氧化能自养生物类似于现代厌氧细菌。

随着大气中氧含量的增加，紫外线辐射将部分氧气转化为臭氧。这种臭氧在大气中形成了一层，阻挡了紫外线辐射，使可见光成为主要能量来源。地球表面免受紫外线辐射的屏蔽以及氧气含量的增加，有助于新形式的进化。氧化环境也会分解有机分子，这对第一个原始生命细胞来说并不理想。

或者，突变、选择和进化都在好氧生物和好氧呼吸的进化中发挥了作用。好氧生物优于厌氧生物，因为它们从摄入（吞噬）的食物物质中产生许多ATP（三磷酸腺苷）分子。

真核生物的起源

真核生物大约在15亿年前由基本的原核细胞进化而来。关于真核生物如何进化，存在两种理论。

共生起源

波士顿大学的Margulis（1970-1981）认为，某些厌氧捕食性宿主细胞吸收了原始好氧细菌，但没有消化它们。这些好氧细菌作为共生体，在宿主细胞内定居。厌氧捕食性宿主细胞进化成了第一个真核细胞。动物细胞由吞噬好氧细菌的厌氧捕食性宿主细胞进化而来，而吞噬好氧细菌和蓝藻的细胞则进化成了真核植物细胞。好氧细菌形成了线粒体，而蓝藻则作为叶绿体定居下来。

内褶起源

根据这一理论，真核细胞的细胞器可能是通过原始原核细胞表面膜的内褶作用进化而来的。古细菌和真细菌的内共生为最早的真核共同祖先提供了其细胞核和线粒体的基因。由于蓝细菌的内共生，这些原始真核生物进一步分化。这导致了叶绿体的进化，并最终使低等植物和高等植物分离。证据基于：

• 化石记录

• 计算系统发育技术

• 生物物理方法

• 放射性锆碎片

多细胞性的起源

多细胞生命是如何产生的仍然未知。这些多细胞动物被认为是在6亿到7亿年前（前寒武纪时期）以以下方式进化而来的。

• 在单细胞生物中，细胞分裂发生了，但子细胞没有分开。

• 单细胞生物形成了多个细胞核，并为两个/多个细胞建立了边界。

• 细胞的永久结合导致了专门的功能，如营养吸收、繁殖等等。细胞特化可能是大小增长的关键。

复杂性的起源促进了原始真核细胞中组织化和功能多样性的出现。对化石记录和DNA序列的比较表明，大约12亿年前出现了早期的真核生物，如藻类。随着复杂性的增加，软体生物出现了。寒冷时期（大约7.5亿年前）阻碍了发展。

许多现存动物门（多孔动物门、腔肠动物门、软体动物门）出现在寒武纪时期。（大约5.3亿年前）。这是基于古生物学证据。基于中国化石的其他异常值表明，复杂的生物可能更早进化。生命史上的另一个转折点是微生物、植物和动物在陆地上的出现。四足动物最早出现在3.6亿年前。大约600万到700万年前，四足动物，即类人猿（猿类）从进化树中分离的过程为早期人类奠定了基础。人类大约在20万年前进化。

结论

以前，分子是线性的，并形成了称为原始生物体的基于膜的囊泡。这导致了原细胞的形成。变异和选择对于形成产生最早细胞的几个囊泡至关重要。原始细胞很可能与现存的原核生物有关。由于突变和环境变化，细胞发展出不同的特性。

显生宙，分为三个时期，以真核、多细胞生物为主。（即古生代、中生代和新生代）。化石记录、计算系统发育技术、生物物理方法和锆碎片的放射性记录为生命的历史提供了证据。