水生植物和动物向陆地进化

水生植物和动物向陆地进化

原始的植物和动物都是在海洋里进化出来的，那么低等的水生植物又是如何进化为陆地高等植物的呢？水生的低等动物节肢类又是如何进化为陆地的高等的脊椎动物的呢？这就要从低等的水生植物和动物如何向陆地发展谈起。

一、地球上的水陆变迁

地球自形成后，地壳一直处在变动之中。从总体上看，地壳的变化是十分缓慢的，但有时候由于内外压力作用的不平衡，地壳也发生剧烈运动，如发生火山爆发，形成山峰隆起，地面下沉，这就是地球史上的造山运动。造山运动引起了地球上水陆分布的巨大变化。有的海洋变成了高山，原来的平地却又形成了海洋。在陆地的边缘出现了大片水陆交错的低洼浅滩地区，这样海洋通过洼地、浅滩就联系在一起了。内陆地区也出现了许多江河湖泊。

地球上水陆变迁又影响了气候，使地球气候发生了明显变化。海洋地区由于海洋影响而气候湿润，陆地上的气候就比较干燥，而且由于日照影响变化很大，有些地方长年阴雨形成了纵横交错的河流，而内陆地区长年干旱少雨而形成沙漠。

地球上水陆的变迁和气候的变化，对海洋中的水生动物和水生植物产生很大影响。由于海水的涨落和海水的流动，水中的生物会随海水被冲上浅滩，随海水落潮而留在陆地，在长期生存选择和进化中，水生植物中的一部分就上了陆地，成为陆地上的植物，海洋中的水生动物也被迫迁上陆地，有的灭绝，有的进化，才成为现代的陆生动物。

海生植物和动物向陆生的植物和动物进化，一方面与地球上的水陆变迁有着密切关系，另一方面也有生物的内在原因。由于地球的水陆变迁，海洋生物被迫登陆，这是生物由水生向陆生进化的外因，但也并不是所有登陆的生物都能生存下来。它们中间大部分不能适应陆地的条件而死亡，只有那些在自然选择中没有被淘汰的少数种类进化为陆生，从而进化为陆生植物和陆生动物。从进化的过程来看，水生生物的内因才是决定进化的根本原因。

二、最早的陆生植物的进化

水生植物要适应陆地的生存环境，生理器官要发生一系列的变化。一是水分和营养物的吸收。从海洋登上陆地就要有专门从陆地吸取水分和营养物的器官，原来从水里直接吸收水分和营养的器官要发生很大变化。最早登陆并变为陆生植物的是裸蕨，这类藻类原来就是假根和简单的维管束状组织，在潮湿地带能慢慢地适应陆地生活并逐渐长了根须。

水生植物登陆的第二个难题是自我保护。原来在水中不怕阳光照射和蒸发，到了陆地后就要在植物表面有一层保护质，并能控制水分蒸发。裸蕨能从表层细胞中分泌出多糖和类脂，这些物质遇氧硬化就成了保护层。表层细胞又出现了气孔，能控制水分蒸发。由于表层组织的硬化，裸蕨的茎慢慢由水里的团状开始直立。

藻类在海里生活时，整个生殖器官都由生殖细胞组成。每个生殖细胞都能变成一个孢子。登上陆地后，由于蒸发失水，生殖器官最外层的生殖细胞失水枯萎，慢慢地就失去繁殖能力，退化成为生殖器官的保护细胞。孢子的外胞壁也就有了多层保护细胞的孢粉质，使水生植物开始在陆地繁殖。

水生植物登陆后，有的植物由于不具备陆生的条件，又不具备进化的条件而消失，有些植物被迫登陆后，一方面自身具有陆生的可能性，在陆地的过程中又不断向陆生的方向进化而终于成为陆生植物。裸蕨是最早的陆生植物。苔藓也是登陆植物的一个分支。但从进化历程来看，大多数陆生植物还是由裸蕨类进化而来的。

三、陆生动物的出现和进化

海洋生物在登陆和进化中，植物比动物要早，从进化的历程来看，是先有陆生植物，后有陆生动物，但陆生动物并不是由陆生植物进化来的，而是由水生低等动物登陆并进化而来的。

从已发现的动物化石来看，最早登陆的陆生动物是环节动物中的多毛类。但这类动物在进化中并不是主体，也没有典型性。在环节类登陆之后主要是节肢类的多足类动物和蛛形动物，继后是节肢类动物中的昆虫类和软体动物中的腹足类。

地球水陆变迁，动物活动的中心开始由海洋向淡水的江河湖泊转移。最早进入淡水生活的是腔肠类动物中的水螅和蠕形动物中的腹足类，然后才是节肢动物虫甲壳类等无脊椎动物。

随着气候的变化，某些淡水中的无脊椎动物不适应淡水的温度和干旱的气候而消亡。而有些动物由于鳃叶功能较好逐渐适应了淡水生活，并能在干旱时适应水边的阴湿地方生活。在水边的长期生活，使这些动物进一步加强了气管或气囊的发育和完善。久而久之这些动物的气管或气囊就起到了肺的作用，能适应陆地上的生活。而陆地已经形成的陆生植物又为这些登陆的陆生动物提供了食物，才使陆生动物得以生存和发展。

最初登上陆地的动物都是无脊椎动物。这些无脊椎动物登陆后，有的慢慢地消失，有的逐渐进化成为现代动物。如三叶虫登陆后随着陆地植物的变化而进一步进化，成为昆虫类。但大多数无脊椎动物登陆后并未得到很好地进化，脊椎动物登陆后，才是动物进化的一个更加有意义的转变。

脊椎动物在水生动物中是高等动物。从无脊椎动物向脊椎动物的进化是一个艰难的历程，而脊椎动物作为一种高等动物从水生变为陆生就更加困难了，也是生物进化史上更加重大的事件。

最早登陆的脊椎动物是鱼类。鱼类原来在水里是用鳃叶呼吸的，靠鳍在水中游动。登上陆地后，鱼类就要从鳃和鳍向肺和足上进化。在现实中可以发现鱼离开水后不一定马上就死，但也活不了多长时间。这表明鱼类除了鳃呼吸外，还有些辅助的方法来适应缺氧条件，能用鳔或鳃来吸空气中的氧气。登陆的不同鱼类由于自身结构的不同，有的登陆后能向陆生动物进化，有的则不适应陆地生活，仍在海洋或江河中生存。鱼类要变为陆生动物，首先要加强呼吸器官的进化和完善。

“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。”鱼长期生活在水中能运动自如，有的虽不作过多的运动，但海水的流动也会给鱼类提供比较充足的食物。而陆生植物是不会自由走动的，陆生动物要得到生存的食物必须自己摄取、寻觅。水生动物登陆后必须能在陆地运动。脊椎动物相对身体微小的无脊椎动物，要在陆地行走相当困难，这也许是许多鱼类不能上陆的主要原因。陆地上气候变化较大，在干旱时，地面河水减少，小河和池塘的浅水就会干涸，在这种情况下，有些鱼类因鳃类功能不适应陆地呼吸而死去。有的虽然鳃类器官能适应陆地生活，但鳍里骨骼较差不能适应陆地运动而死亡。只有登陆一支中那些逐步建立了适应陆地生活的形态结构、在不断爬行中使鳍里骨骼不断进化向足发展的鱼类才进化为陆生脊椎动物。这类动物经过陆地上呼吸的长期锻炼，鳃的机能逐渐消失，肺的机能逐渐发展。在不断地爬行中使鳍里的骨骼构造进一步向足发展。有的还长出趾，体内支持整个身体的骨架得到加强，脊椎骨的骨化程度越来越高，逐渐演化成两栖类了。

据化石考证，最早进化成两栖类的是鱼石螈。鱼石螈虽具有鱼类的一般特征，但已能用四肢撑起身体在地面上爬行，头部和肩部的连接已不像鱼类固接在一起。因此，可以认为鱼石螈是两栖类的祖先。

四、两栖类的形成和进化

地球的水陆变迁，迫使水生动物登陆。水生高等动物脊椎类也艰难地走上陆地。鱼石螈是最早登陆的脊椎类。因此，鱼石螈成了最古老的两栖类的祖先。

鱼石螈登上陆地进化为两栖类的历程是很长的，经过了一系列的进化，才更加适应向陆地生活发展。由水生脊椎类进化为两栖类，除了呼吸和行动机能及器官发生根本性的变化外，皮肤也相应发生一定变化。原来鱼类在水里生活，皮肤并没有保护失水的作用，登陆后遇到干旱和气候干燥时，身体离开了水，很快就会因蒸发失水干燥。一开始鱼石螈登陆后，并不敢离水太远，还要不停地到水里生活一会。鱼类的鳞片对保护皮肤的作用在陆地不明显，到了陆地后，皮肤也就慢慢地干燥起来，可以保护体内水分的散失，使体表保持湿润。

鱼石螈

两栖类登陆后，活动范围更加广阔，觅食的范围也更大，但还要靠自身去摄取，这就大大地促使了两栖类感觉器官的进化和不断地完善。如耳朵的进化和视力的进化，都因陆地生活条件而加强了听觉和视觉。脊椎骨也发生很大变化。原来的脊椎动物在水里生活只需要左右转动，不需要前后弯曲，到陆地不仅头部要转动，身体也要因摄食而前后弯曲。久而久之，第一个脊椎骨就变成颈椎，这样就出现了颈部，头部可以活动。头部以下的脊柱也逐渐分化成躯椎、若椎和尾椎。整个身体能弯曲活动，脊椎的分化对陆生动物是十分重要的一步，使两栖向更适应陆地生活的方向发展，进而成为爬行类。

两栖类形成后，并不是都能进化为爬行类的陆生动物。在两栖类鱼石螈的后裔中，有些对水生性依赖比较强的分支，如石炭螈等，在干旱或严重缺水的时候就无法适应长久缺水的生活而逐渐消失，而另一分支在进化中从始椎形向扩大侧椎体的方向发展，并且坚持留在陆地，逐渐进化为块椎类，成为由脊椎类进化为爬行类的一支。

两栖类是水陆之间的过渡性动物，这类动物在进化过程中都因地球水陆变迁被迫登陆而进化为两栖类。脊椎类动物进化为两栖类是进化的主线。脊椎类进化为两栖类过程中也分为三支。一支由于水生性太强，进化缓慢而消失，一支仍停留在现在的两栖类的生活环境中，只有其中一支由始椎类进化为块椎类，进而进化为陆生的爬行类。最早登陆进化为两栖类的鱼石螈，应当说是爬行类的祖先。