生命形态的演化

根据前面的讨论可知,生命物质是生命产生的根据,生命环境是生命产生的条件,没有生命物质不可能有生命,没有生命赖以存在的条件同样也不可能有生命。由此可见,任何一个生命,在其主体性方面的相对意义上可以是它自身,但在更大的范围、更绝对的意义上则不可能仅仅是它自身。不论它表现为动物、植物,还是表现为微生物,都只是宇宙物质在特定时间、特定空间方面的一种表现形式,是客观物质运动无限过程中一段微不足道的瞬间状态而已。辩证唯物主义告诉我们,生命——任何生命,表现形态可以千差万别,但其最归真的本原不外乎物质而已。在其物质性方面,任何生命的构成元素都仅仅是碳、氢、氧、氮、磷、硫、镁、钙、铝、锌……,然而正是这些极普通、极平常的宇宙物质,按照神奇的自然规律有机地组合而形成了异彩纷呈的生命。在物质运动的规律层面,任何生命都只是物质运动的特有形式;而在生命活动的程序层面,任何生命都只是物质运动的特定过程。可以认为,在“物质运动形式”和“物质运动过程”方面,任何生命都是同一的,因为没有什么生物性的生命可以不是物质的运动形式,可以不表现为物质运动的过程,巍若峰岩的恐龙生命是如此,微似芒芴的细菌生命也是如此。当然,强调生命物质运动形式和物质运动过程的同一性,并不是说什么样的生命都绝对同一而无差别,其实在生命的状态层面,各种生命之间的差别是异常明显的。特别是在讨论生命演化这样的议题范围,生命形态之间的差异不仅是绝对的,而且是异常悬殊的。

(一)生命形态演化概述

生命的演化包括生命物质的演化,生命环境的演化和生命形态的演化。在物质前提已经决定的情况下,生命形态的演化一直是生命演化的主要方面,它对生命演化的状态、过程和水平起主导作用。因为在生命物质、生命环境和生命形态三者之间,最具能动性的活的因素是生命形态。相对于生命形态活的因素而言,生命环境是并不具备能动性的“‘死’的因素”。在生命演化的过程中,具能动性的生命形态可以不断地去适应生命环境,而生命环境本身却绝对不会因为迁就生命形态的适应或不适应而发生丝毫的改变。可见对生命演化起主导作用的只能是生命形态而非生命环境。

不过也应注意,虽然生命形态对生命演化的方向、状态和水平起主要作用或主导作用,但生命环境却往往对生命演化的方向、状态和水平起着更重要的决定作用,这方面最典型的案例如寒武纪生命大爆发、6500万年前的恐龙灭绝以及当代环境恶化使生物系统面临的灾难等。

生命是环境的产物,纵观生命的演化过程可以看出,生命形态与生命环境本来就是在互相联系、互相依赖而且互相影响、互相促进的过程中发展演进的。没有地球早期足以支持生命产生的环境条件,即使有再多可供产生生命的物质也不会产生出生命;没有数十亿年来生命环境的不断演化,早期那些低级原始的生命形态就不可能在适应环境的过程中发生天翻地覆的演进和变化……。反之,没有早期生命释放的大量氧气,地球大气层很有可能仍然处于缺氧状态;没有海洋生命向陆地的迁徙,地球很有可能仍然停留在死寂荒凉的赤地状态……。人们都说地球是一个特殊的星球,其特殊之处在于唯有地球存在生命,而存在生命的前提是因为地球具备支持生命产生和演化的环境。如此说法固然没有错,但却极不完整。之所以说它没有错,是由于生命确实离不开环境的作用,特别是在事关生命能否产生、能否进化的问题上,环境确实起着决定性的作用;之所以说它极不完整,是由于它没有注意到生命对环境的反作用,特别是没有关注到生命对环境的能动性,因为在是否进化、朝什么方向进化的问题上,生命自身起着主导性的作用。正是由于生命自身在与环境相互作用的过程中以其能动性主导着生命演化的发展方向,才使得生命由最初单调的低级形态向着光怪陆离、异彩纷呈的复杂形态永续地演化,以至于出现跃居万灵之长地位的高级生命形态——人类。

(二)生命形态演化的发生阶段

根据人类现在已经掌握的知识,生命由最原始的低级形态向高级形态演化的过程大致可分为以下五个阶段。

1.RNA的演化　当前,人们对生命起源的认识倾向于接受化学起源说。该学说认为,由无生命物质到生命物质的产生大致经历了四个阶段,即无机小分子物质生成有机小分子物质、有机小分子物质生成生物大分子物质、生物大分子物质形成多分子体系,最后由多分子物质演变为原始生命。现代科学认为,最原始的生命形态可能就是RNA分子,它最早出现于大约40亿年前,那时或许还没有蛋白质以及主要表现蛋白质性质的各种酶类,某些RNA是当时仅有并且最简单、原始的遗传物质,由此源头,一切生命的生物演化过程都由RNA肇始。

RNA是由数十乃至上千个核苷酸组成的生物大分子,各种核苷酸之间以非常特定的模式相互连接,并且因其含有核糖,故人们通常将其称之为核糖核酸,简称为RNA。现代科学对RNA的结构和功能已有非常清晰的认识。通常人们根据其结构和功能将RNA分成三类,其中“信使RNA”的功能是转录DNA上的遗传信息,完成基因表达过程中遗传信息的传递;“转运RNA”的功能是根据信使RNA传递的遗传指令搬运氨基酸并使之连接形成多肽链;“核糖体RNA”的功能是作为主要成分参与组成核糖体,而核糖体是蛋白质合成的重要场所。

生命演化的关键机制在于遗传,生物体亲子之间的相似性与继承性是由遗传信息决定的,而遗传信息则贮藏在脱氧核糖核酸(即DNA)分子中。传统观点认为,具螺旋结构的DNA是遗传物质,在生物遗传过程中,DNA在RNA的配合下通过双螺旋结构的解链、复制以及合成蛋白质而完成生物的遗传功能。因此生命演化的基本前提是必须具备DNA以及在生物化学过程中起催化作用的酶类蛋白质。如果没有DNA以及由DNA携带的遗传信息,就不可能有任何形式的生命,这与没有父母即不可能有儿女是同样的道理。同理,如果没有起生物结构作用和生物反应催化作用的蛋白质,同样也不可能有生命,这就好比没有任何形式的硬件即不可能有软件是相似的道理。按照这样的认识,自然界中似乎必须先有DNA和蛋白质,否则就不可能有生命的存在。然而更令人困惑的是,以蛋白质为中心的生物化学运动需要DNA提供的生物指令,而以DNA为中心的生物化学运动需要蛋白质的催化与调控,两者之间的关系如是鸡生蛋、蛋生鸡那样一种你我互为前提,彼此互为依据,谁也离不了谁的关系。那么,在生命产生和演化的自然现象中,究竟是如何突破这一类似于“究竟是先有鸡还是先有蛋”的生物学悖论的呢?

为破解这一难题,科学家们进行了艰苦的研究,并于20世纪80年代提出了解释生命源头的“RNA世界”假说,认为在生命起源的某个时期,生命的原始形态仅由一种高分子化合物RNA组成,此时的RNA结构和功能都还比较简单,但却是唯一一种既能携带遗传信息又能完成自我催化功能——亦就是说此时的RNA既有初步的DNA作用又有简单的蛋白质功能那样一种生物高分子化合物。后来再经亿万年的进化发展,RNA的结构越来越复杂,功能越来越健全,并且在此过程中非常缓慢地演化出了专司贮存遗传信息的DNA以及支持生物化学功能的蛋白质,同时建立起了DNA、RNA以及蛋白质三者之间紧密联系、互相支持并且环环相扣、同衰共盛那样一种生命运行机制。

2.单细胞生物的演化　在早期的地球环境中,随着RNA的进一步演化,同时也随着生命环境的改变,一些简单的化合物通过有规则地聚合而形成了DNA和蛋白质。在包括适宜的温度、压力以及一些必要的微量元素存在的条件下,蛋白质与核酸相互作用,形成了具有原始新陈代谢且能够进行自我复制的原始生命,但这些最初的生命仅是综合聚集的高分子化合物,后来在进一步演化的过程中形成了细胞膜,由此出现了细胞结构的原始生物。最初形成的细胞即是独立的生命个体,初始阶段的细胞没有细胞核,人们将其称为原核生物;后来细胞内演化产生出了细胞核,人们即将其称为真核生物。此时,因其一个细胞就是一个生命,故而人们即将其称为单细胞生物。

虽然最早产生的单细胞生物是没有细胞核的原核生物,但它已经能够独立完成营养、呼吸、排泄、繁殖等基本的生命活动。最典型的单细胞原核生物如古细菌、蓝藻等,它们发生在距今至少35亿年前,人们在澳大利亚西部瓦拉伍那群的碳酸盐岩石中发现的微生物化石,被认为是地球上最早的生命证据,经同位素测定,它们的年龄至少为35亿年。科学家们推测,具有细胞结构的生命在地球上开始的时间肯定比已发现的化石证据还要早,它实际发生的时间可能早在38亿年前。那时的地球上还没有氧气,因此最早的单细胞原核生物都是厌氧的细菌,这些厌氧细菌经过不断地分化和发展,出现了能进行光合作用、并能利用无机物合成有机养料的蓝藻,虽然当时的地球上没有氧气,但作为单细胞生物的蓝藻却能利用光能把二氧化碳和水制成有机物,同时制造并释放氧气。随着大量蓝藻的发生与发展,向海水和大气层中释放的氧气逐渐增多,使地球上原始大气中氧气的浓度不断增加,这些环境的浓度慢慢地导致了细胞结构的改变。早先均匀分散在细胞里面的一些物质逐渐集中形成核状结构,并在核状结构的外围形成核膜,由此便形成了细胞核。细胞核形成后,完整的细胞不但包括细胞膜、细胞核、细胞质,而且还包括线粒体、高尔基体、核糖体等细胞器。此时的生物虽然还是单细胞的,但却从无核演化成了有核,这种具有细胞核的生物即叫做真核生物。从原核生物到真核生物是生物演化的一次重大飞跃,而这一过程竟耗去了20多亿年,这期间出现了细胞的有性繁殖,从而为多细胞生物的演化做好了充分的生物学准备。

3.多细胞生物的演化　根据前面的分析,地球生命从最原始的无细胞结构生物进化为有细胞结构生物,又有细胞结构的原核生物进化为单细胞真核生物,这些都是生命演化史上的重大事件。然而,伴随着有性繁殖现象的出现,真核单细胞生物逐渐表现出促使生命形态由低级向高级、由简单向复杂、由微观向宏观、由单方向进化向多方向进化的明显趋势,而这一趋势的标志性特征便是多细胞生物的出现和演化。随后的事实证明,正是由于生命形态由单细胞生物向多细胞生物的演化,才使得生命形态的发展方向发生分异,进而出现了真菌界、植物界和动物界。可见,多细胞生物的产生和演化是生命进化历程中又一非同寻常的重大事件,而这一事件最早发生的时间距今大约不到10亿年。

在单细胞生物阶段,一个细胞就是一个生命;然而在多细胞生物阶段,生命不再是以单个细胞作为结构单位和功能单位,而是由若干个分化的细胞分别承担不同的功能所组成的生物体。当然,作为生物演化过程中非同寻常的重大事件,从单细胞生物到多细胞生物的转变是经过了若干亿年的生物渐变才完成的。一般认为,真核单细胞生物大约发生于12亿年前,而多细胞生物大约发生于7亿年前。其发生过程大致是先由一定数量的真核单细胞聚集排列形成细胞集群,后来随着细胞集群组织化程度的提高,集群细胞逐渐出现了功能方面的分化,使原先由单个细胞同时承担的营养功能和生殖功能分别由不同的细胞担任;再后来,则是营养部分再分化出具有支撑功能和防护功能的硬组织,以及行使各种营养功能的器官系统,而生殖部分再进一步分化出精卵系统,通过精子与卵子结合形成受精卵,进而发育分化出生命体的器官、系统,因此,由一个受精卵产生整个生命的机制可谓是多细胞生物演化的枢纽,这一机制的成功建立即标志着地球生命进入了一个更高的演化阶段,因为生物体的多细胞化使生物组织化水平有了极大的提高,从而为地球上一切高级生命的产生和发展奠定了可靠的生物学基础。

4.植物与动物的演化　在《百度·百科》网页,对“原生质生物”词条是这样解释的:“植物,动物和真菌有着共同的祖先,都是由几十亿年前一种原始的鞭毛单细胞生物进化而来。这种生物叫做原生质生物,是生命的原始状态。原生质生物生活在水中能够游动,它既可以像动物一样通过吞噬其他的生物生活,也可以像植物一样通过光合作用生活。前一种叫异养功能,后一种叫自养功能。后来随着演化按两个方面发生分化:一部分原生质生物自养功能加强,运动功能退化,进化到单细胞绿藻由之发展成植物界。另一部分原生质生物运动功能和异养功能加强,自养功能退化进化到单细胞原生动物,由之发展到动物界。”可见,植物与动物是由共同的祖先演化而来的,其中分化为植物的那一部分是藻类,而生活在浅海的演变为绿藻,生活在深海的那一部分则演变为褐藻、红藻。大约7亿年前,由单细胞藻类演变为多细胞藻类,再经2亿多年的演化即进入大型藻类植物时代,随后登陆而成为蕨类植物,经裸子植物时代、被子植物时代而演化为今天遍布全球的30多万个植物品种和生态景观。

由鞭毛单细胞生物分化为植物的那一部分是藻类,分化为动物的那一部分即叫做原生动物。原生动物是由单个真核细胞构成的最低等的一类动物,尽管只有一个细胞,但却拥有作为动物生命所应该拥有的新陈代谢、刺激感应、运动、繁殖等主要生活功能。经过长期的演化,单细胞动物经过聚集成群、功能分化,产生了区分雌雄的个体,雌雄生殖细胞结合成受精卵,经过卵裂、囊胚、原肠胚等一系列胚胎发育过程而发育成多细胞生命体,即多细胞动物。在多细胞个体发育的过程中,个体的生理功能、组织结构和器官形态都根据生命体系统功能的需要而不断发生相应的变化,并且在与环境相互作用的过程中不断完善,直至发展成为最高形态的动物。

根据考古学资料,科学家们认为比较确切的多细胞动物可追溯到1947年在澳大利亚南部伊迪卡拉地区庞德石英砂岩中发现的化石,它们的生存年代距今不晚于5.5亿年。据古生物学与地质学研究证明,多细胞动物发生后,先后经历了无脊椎动物时代和脊椎动物时代两个阶段。不过这样的说法似乎并不确切,因为在今天的地球上仍然生存着很多无脊椎动物,它们自产生以来便一直以“无脊椎”形式生存于自然界,因此并不存在什么进化阶段。相对于它们而言,脊椎动物确实是从5亿年以前的无脊椎动物演化而来的,因此就发生了进化的那部分来说,它们又确实是具有明显的进化阶段的。出于探讨生命演化过程的需要,我们着重讨论脊椎动物的演化。

要探讨脊椎动物的演化史,有必要先探讨脊索动物,因为它是由无脊椎动物进化为脊椎动物的重要环节。所谓脊索动物,是指它们在生活史中的某个阶段具有脊索,此外还有中空的脊神经管和鳃裂。后来随着脊索动物的进一步演化,逐渐出现了腔肠动物、扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物等。在它们中间,一种蠕虫状的原始无头类无脊椎动物后来演化成了脊椎动物,现在仍然生存着的无眼且无明确头部的文昌鱼被认为是从无脊椎动物进化到脊椎动物的过渡类型。

通过这一阶段的过渡,原始无头类的动物长出了头,尔后一支演化为无颌的甲胄鱼类,另一支演化为有颌的盾皮鱼类。由于身体结构不太适应环境的变化,盾皮鱼类在演化的过程中又分化为两支,其中一支为软骨鱼,而另一支则为硬骨鱼。为适应水陆两栖生活的需要,硬骨鱼在保留鱼鳃的过程中演化出原始的肺,并且还出现了能在陆地爬行的五趾型四肢,故而在距今3.5亿年前后,地球生命进入两栖动物时代。

由于具备了两栖生活的身体结构和功能,动物们有了在陆地生活的更多机会,在此漫长的过程中,肺的功能和结构得到了充分的锻炼和发育,同时脊柱为适应陆地生活也得到了充分的进化,到大约3亿年前,地球上出现了能在陆地繁殖的羊膜动物与爬行动物,至此,自然界有了真正的陆生动物。最早生活在陆地的爬行动物是杯龙类,后来陆续演化出许多新的种类,目前已被人类鉴定认识的所有曾在地球上出现过的爬行动物大约达8000种。爬行动物曾经是地球上最繁盛的生命类群,其中尤以6500万年前的恐龙为其主要代表。

在爬行动物演化的过程中,先后出现了若干分支,其中的一支进化出中空、多孔的骨骼,前肢特化为翼,肌胸发达,体被羽毛,身体内有气囊和发达的神经系统,并且由善于奔跑而演化到成功地飞翔,这就是由爬行动物演化出的鸟类。然而,比鸟类更早从爬行动物中分化出来的一支是哺乳类。早在最原始的爬行动物出现时,其身体结构已经表现出不同的进化方向,其中一支被称为似哺乳类爬行动物。最早的哺乳动物是卵生食虫动物,一种长有很大的扇叶分布在从颈部到尾部的兽形爬行动物“盘龙类”,被认为是由爬行动物进化为哺乳动物的中间类型。由于具特有的恒温优势和智力优势,使哺乳动物因能够更好地适应自然而得到了较好的进化,以致到现在地球上大约出现过包括人在内的4000余种哺乳动物。

5.人类的演化　截至目前,人类是地球上进化最成功的生命形态。根据自然演化规律,可以肯定将来一定会有比人类生命更高级的生物类型,但在现今条件下,人类是地球上最高形态的生命却是无可争议的。被神奇的科学技术和巧妙的文化智慧武装起来的万灵之长人类,凭着无限破解宇宙奥秘的求索热情,早已对探索人类自身的来源产生了浓厚的兴趣,关于人类起源的那些数不胜数的民间传说和科学假说便是这方面的证据。根据人们在探索过程中形成的信息,关于人类自身起源的研究和推测可谓繁若星辰,不可胜数。然而,从事理上说,人类生命的进化过程中一个完整的链路,从宇宙物质的产生到今天的高级智慧生命,所经历的环节成千累万,缺少中间的任何一个细微的环节,都不可能进化出今天的人类。因而,所谓人类的起源事实上是不可严格追溯的,如果一定要追溯,其最终源头便只能是宇宙大爆炸。为此,我们此处不讨论人类的起源,而仅仅讨论人类的演化,亦即对人类生命的源头不作繁琐的无限追溯,只对从古猿以后的演化过程进行简单介绍。

根据古生物学家、古地质学家以及众多领域科学家们的考证,已知最早的古猿是在埃及发现的森林古猿。一种叫做“渐新古猿”的古猿生活在距今大约3300万年以前,而“埃及古猿”生活在2800万年前。从猿到人的始动环节即是森林古猿,此后即是“拉玛古猿”。拉玛古猿生活在距今约1400万年前到800万年前之间。一般认为,拉玛古猿有非洲拉玛古猿和印度拉玛古猿两种类型,在非洲发现的拉玛古猿与人类区别比较大,在印度发现的拉玛古猿与人类比较近似,或许它们是人类和类人猿的共同祖先。类人猿包括长臂猿、猩猩、黑猩猩、大猩猩,其中又以黑猩猩与人类最接近。科学家们倾向于相信,拉玛古猿是从猿到人过渡阶段的早期代表,是最早的人科成员。

继拉玛古猿之后,人类的进化历程推进到南方古猿阶段。有资料显示,南方古猿大约生活在距今500万年至150万年之间。据现代科学家考证,远在1200万年以前,非洲的丛林中生活着一些森林古猿,后来因为地质结构的变化而出现东非大裂谷,裂谷的西侧仍为大森林,而东侧变成了灌木草原。地质结构的这一变化对生物演化产生的巨大影响即导致人猿同祖现象的分道扬镳,即仍然留在森林中的古猿继续过着树栖生活,后来演变为黑猩猩、大猩猩等,而被迫离开森林进入草原的古猿则于600万年前演化为南方古猿,再后来即逐步进化为人类。

生物进化的多样性反复证明,任何生物的进化都不会仅是单方向的,南方古猿也一样。最早的南方古猿是阿法种,在进化的过程中分化为两支,其中的一支演化为纤细种、粗壮种和鲍氏种,并都先后于100多万年前灭绝;另一支历经早期猿人阶段、晚期猿人阶段、早期智人阶段、晚期智人阶段而进化为现代人类。因此,现代学术界比较公认,南方古猿是人类的直接祖先,由南方古猿进化为现代人的历史即为人类进化的直接历史。

人类是地球上最高级的生命形态,是宇宙物质运动最神奇的自然现象。从最原始的无机物到人类的繁荣昌盛,自然规律搭上了将近40亿年的漫长岁月,然而也只有当出现了人类以后,整个宇宙自然才体现出它真正的意义。如果没有人类,世界上肯定不会出现什么上帝、智慧、光明、意识……文化,自然界也绝对不会有谁在意什么规律、奥秘、能源、科技……社会。就像人类出现以前亿万年间所表现的那样,不论风狂雨骤,不论山崩地裂,也不论动物生健死衰,不论植物繁盛枯败,一切的一切仅仅是物质运动的天然形式——注意,是天然形式,全然找不着一点意义价值、情感妙趣,特别是找不着一丝半点儿拗逆自然的能动意志。然而,自从有了表现出向人类进化趋势的南方古猿以及由南方古猿进化出的人类,地球生命便渐趋渐显地呈现出超越于自然的文化意义,宇宙也便从此由渊昧死寂慢慢地变得喧腾热闹起来。