阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第42章
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动物食掉的机会加大，而深色蛾反而受到保护，结果深色蛾的数量
超过了浅色蛾，这就是自然选择的作用。
1925年，英国国会通过法律，决定清除空气污染。因此黑烟
减少，树干上又开始生长地衣，这样浅色蛾的比例马上就增加了。
所有这些变化用进化论都可以预测，而一种成功的理论，就是不仅
能解释目前，也要能预测未来。
第十六章 物 种
第十六章 物 种
进化的过程
古生物学家研究化石记载，把地球史分为一系列连续的代。
19世纪的英国地质学家，如赖尔、塞奇威克及麦奇生等人，完成初
步的构架并给予定名。最早的代，从
6亿年前开始，这时也是最早
发现的化石的年代。当时除了脊索动物门之外，其他各门动物都
已有了。当然，最早的化石并不就代表最早的生物，只有生物的那
些坚硬部分才会石化，所以最早的化石，只能代表那些具有硬壳或
骨骼的生物，这些生物中，即使是最简单、最古老的，也必然是已经
过一段漫长的进化过程，和最初的生命现象比较，仍然是很进步
的。果然，
1965年发现了一种小型贝状生物的遗骸，这大约是
7。2
亿年前生物的遗骸，这个发现支持了上面的假设。
目前古生物学家又有更多的发现，认为简单的单细胞生物必
定比任何具硬壳的生物早得多，这点已找到了支持的证据：由岩石
中发现的细菌和蓝藻的迹象来看，可能超过
10亿年；1965年美国
古生物学家巴洪发现了一些与细菌相似但必须用电子显微镜才能
研究的、极为微细结构的生物化石，其年代大约超过
30亿年。
如果要追溯生命的起源，似乎化学物质从
46亿年前地球形成
之后就开始进化。在
10亿年之内就进化到足可以被认为是生命
的东西。那时大气层中含氧量仍然很少，最古老的生命形式必定
能适应那样的环境，其后代则存活到今天。
1970年，沃斯开始仔细研究那些只能生活在没有游离态氧环
境下的细菌。其中有些能将二氧化碳还原成甲烷，因此就称为甲
烷产生菌。另外有些细菌，则能够进行其他反应产生能量，以维持
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生命，但均和氧无关。沃斯将这些全部归在一起，统称为古细菌，
并且认为最好把它们作为生物中的另一界。
当生命形成之后，大气层的性质便开始慢慢改变了。大约在
25亿年前，蓝藻就已经出现，光合作用逐渐改变了大气层的组成。
大气层由氮
…二氧化碳组合变成氮
…氧组合。大约
10亿年前就可
能有真核生物出现，而当时海中的单细胞生物的种类，可能已有相
当差异，包括当时最复杂的生物——原生动物，已可算作是当时的
生物界之王。
自蓝藻出现后的
20亿年间，大气中氧的含量必定是以极缓慢
的速度增加。目前我们已经了解到，地球形成
10亿年后，氧约占
大气的
1％～2％，这已足以供应当时存在的所有动物细胞所需的
能量，而进化也朝着越来越复杂的方向进行；
6亿年前，复杂的生
物化石便多起来了。
最早发现的较复杂的生物化石属于寒武纪；而在此之前的整
整
40亿年则称为前寒武纪。由于在这段时期内最近发现有生命
的遗迹，故改称为隐生代。其后的
6亿年则称为显生代。
隐生代又可分为两部分，前半部分是始生代，这时单细胞生物
开始出现，后半部分是原生代。
显生代和隐生代之间的界线非常明显，而且都是突然发生的。
例如，在某一时期的化石完全要用显微镜才能看得到，但不久以
后，就有许多不同形式的、复杂的生物化石出现，这种泾渭分明的
现象称为不整合，这很容易使人联想是由大灾难所引起的，不然化
石的出现应该是渐进而连续的；或者很可能是由于地质上的大变
动消灭了当时所有的生物遗迹。
地质年代
显生代粗分为古生代、中生代和新生代。如果用现代地质学
第十六章 物 种
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方法来测定，古生代前后历时约
3。5亿年，中生代为
1。5亿年，新
生代则为地球史的近
5千万年。
每个代又分为几个纪。例如，古生代的第一个纪是寒武纪（是
英国威尔士的地名，更确切地说是古时居住在当地的一个部落的
名称，在那里最先挖掘到这一年代的地层），这个时期以介壳类最
进化，是三叶虫及近似现代鲎的原始节肢动物的全盛时代，马蹄蟹
在
2亿年内没有什么进化上的改变，一直保持到今天，所以被称为
现代的活化石。
紧接寒武纪是奥陶纪，是威尔士地区另一古部落的名称。时
间大约是
4。5亿到
5亿年前之间，脊索动物在这个时期首次出现，
那就是小型群居性的笔石，现已绝种，类似现在的玉桂虫，都是半
脊索动物亚门，也是脊索动物门中最原始的亚门。
再次是志留纪（仍系威尔士的古部落名称）和泥盆纪（也是取
自英国的一个地名）。
介于
3。5亿到
4亿年前这段时间内，鱼类在海中占优势，到今
天仍然如此。在这一时间内，生物开始上陆地生活。在整个生命
进化史上，前大半约
5/6的时间，生命完全只局限于水中，陆地则
一片死寂，这实在令人费解，但是事实的确如此。陆地上缺水、温
差大、没有浮力抵消重力，由海中的生物逐渐进化到能适应这些困
难，实在是生物对抗环境的一大胜利。
向陆地迁移的原因，可能是因为食物争夺及海水中空间拥挤。
浅滩处在低潮时会暴露好几小时，故原来没有生物；随着海水中生
物越来越拥挤，为了减少竞争，只好向岸边发展；最后，出现一些突
变的个体，变得可以适应陆地上生活。
首先能上到陆地上生活的是植物，大约在
4亿年前。这类先
锋植物现在已经绝种，而且也是最早的多细胞植物，属于裸蕨类
（此名源自希腊文“光秃”之意，茎上没有叶子，是原始的特征）。随
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后复杂的植物不断发展，到
3。5亿年前，陆地上就遍布森林了。等
植物在陆地上生长后，动物也尾随而来，在数百万年内，陆地上就
出现很多节肢动物、软体动物及昆虫类等。这些先登上陆地的生
物都很小，因为没有内骨骼支撑，体重大一些的动物会被地球引力
吸得挺不起来。在海中有浮力抵消重力，当然不成问题，所以今天
最大的动物也还是生活在海中。陆地生物中，最早具备快速运动
能力的是昆虫，由于它们发展出翅膀，可以减少重力，不像其他动
物只能慢慢地爬。
生物登上陆地之后约
1亿年，才开始有大型的动物进入到陆
地，因为它们有支撑性的内骨骼，不会因重力太大而承受不了。这
批从海里来的新客是硬骨鱼，属于总鳍亚纲。它们当中有一部分
迁移到还不拥挤的海域，例如腔棘鱼，当
1938年科学家发现它们
还活着时，大为惊讶。
鱼类上到陆地最先是为了取得氧。因水中的含氧量降低到无
法生存下去时，那些能够探出头来有效地呼吸空气的鱼，最有利于
生存，因为空气中氧含量极多。若再能储存吸进来的空气，生存的
机会就更大，故在肠道上就进化出可以装空气的囊袋，有的就成了
简单的肺，进化而产生出所谓的有肺鱼，这类鱼目前还有少数几种
生存在非洲与大洋洲，它们生活在不太流动的水中，若是一般的鱼
早就憋死了；甚至在夏季水完全干涸时，它们也能安全度过。有的
鱼即使能忍受海水中氧气的不足，也具有充满气体的气袋，但这不
是供作呼吸之用，而是用来增加浮力的，这表明它们也是从古老的
有肺生物进化而来的。
在有肺的鱼当中，有些进化到能完全离开水生活，其中以具有
强壮的鳍的总鳍鱼类最突出，因为它们在没有水的浮力时，便以鳍
足来支撑身体。到了泥盆纪末期，有些总鳍鱼已可以用粗短的四
肢摇摇晃晃地站在陆地上了。
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紧接泥盆纪之后是石炭纪，这个名字是
C。赖尔定的。他定
这个名字是有原因的。因这段时间（大约
3亿年前）丛林浩瀚，这
时可能是地球史上沼泽森林最茂密的时代，后来森林被埋在地底
而成为煤矿床。这个时期是两栖类的时代，成长后的总鳍鱼已完
全生活在陆地上了。其后是二叠纪，爬行类在此时开始出现，中生
代也是从这时开始；后来爬行类几乎占据了整个地球，所以中生代
也称为爬行动物代。
中生代又分为三个时期——三叠纪（分布三个地层）、侏罗纪
（以法国侏罗山命名）和白垩纪。三叠纪时恐龙大量发生，在白垩
纪时达到高峰，那时，地球上有史以来最大的食肉动物霸王龙四处
横行。
侏罗纪时，早期哺乳动物及鸟类分别由不同的爬行类衍生出
来，但是数量不多，也没有到达鼎盛期。白垩纪末期，所有的恐龙
在不很长的时期内就完全消失了，其他一些不是恐龙的大型爬行
类也是如此，例如，鱼龙类、蛇颈龙类、飞龙类，前两类属海生，后一
类有翅膀。此外，有几类无脊椎动物也跟着消失，如菊石（是现存
鹦鹉螺的近亲），还有很多小型个体的生物也多灭绝了。
据估计，
75％的生物种类在大灾难及白垩纪末期都死光了，而
存活下来的
25％的种类中，大多数也都死了，所以以个体总数来
计算，死亡的占
95％。究竟发生了什么灾难，使地球差点生命绝
迹呢？
1979年，美国古生物学家阿尔瓦雷斯率领研究队伍，设法测
出古代地层的沉积速率，他们在意大利中部沿着岩心，用中子活化
技术探测岩层的金属含量，结果发现，其中有一种金属——铱。奇
怪的是在地层的某一薄层岩石中，铱的含量比紧邻的上下岩层高
出
25倍。
这些铱从哪儿来的呢？是否因为沉积速率忽然大幅增高？或
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者可能是来自地球以外？陨石所含的铱及其他几种金属，比地球
上的丰富，而这一薄层岩石所含的铱及其他几种金属，也和陨石中
的一样丰富。阿尔瓦雷斯怀疑是因为流星撞击，但又找不到碰撞
造成的坑洞。
后来，阿尔瓦雷斯继续调查发现，地球上富含铱的地层有的相
隔很远，但都在相同年代的岩层里。因此，他推想有个巨大的流星
坠落，在强烈撞击下，大量物质喷洒到大气层中，然后再慢慢散落
在整个地球上。
那么这又是什么时候发生的呢？含铱丰富的岩层年代，大概
是在
6 500万年前，那时正好是白垩纪结束之时。很多地质学家
和古生物学家（但并非全部）相信这样的说法：由一个直径长达
10
公里的巨大星体在白垩纪末和地球撞击，形成大灾难，导致许多恐
龙和其他生物一时间大量死亡。
与此类似的撞击很可能是周期性发生的，每次也都造成大灾
难，以白垩纪末的这一次最严重，因而最容易观测到并可以仔细加
以证实。当然，类似的现象将来可能还会发生，因为空间还存在有
许多流星，除非人类发展出特殊能力，能在流星尚未撞击到地球之
前就把它毁灭。确实，现在看来大灾难似乎每隔
2 800万年发生
一次。1984年，科学家们推测，太阳有一颗伴星，每隔
2 800万年
就侵入近日点，使彗星云层分裂并将上百万个碎片散布到太阳系
内部来，有些必然会撞击到地球。
这一撞击会立即把附近地区毁掉，但对整个地球的影响更大，
大量的灰尘会升到平流层，笼罩着大地，使地球陷入漫长的黑夜
中，光合作用也因此而中止了。
1983年，天文学家萨根及生物学家
P。 R。埃尔利希曾经指出，
若发生核战争，只要现有核武器的
1/10，就足以引起一场人为的
寒夜，持续之久，可以使人类消灭殆尽，这场浩劫不是人类能承受
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得了的。
然而不论是由什么原因导致白垩纪末期爬行类的灭亡，都意
味着新生代哺乳动物代的来临，并且一直延续到今天。
生物化学上的变化
所有生物都是由蛋白质构成的，而各种蛋白质所含的氨基酸
也都相同，这个事实在一定程度上证明了现代生命的统一性。最
近，同样的证据表明，我们和以前的生物之间也具有这种共同的特
性。一门新的科学——古生物化学，开始于本世纪
50年代末期，
当时发现在一些
3亿年前的化石中含有蛋白质的遗迹，其氨基酸
组成和现代的完全相同——甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、谷氨
酸、天门冬氨酸等，没有任何一种和现代的氨基酸有所不同，而且
碳氢化合物、纤维素、脂肪和卟啉，也都和目前的完全一样。
借助目前的生物化学知识，可以推测出一些生物化学上的变
化在动物进化过程中所起的作用。
首先研究含氮废物的排泄。很明显，排泄这些含氮废物的最
简单的方法，就是以氨分子的形式排出。因为氨分子小，容易通过
细胞膜渗透到血液中，而氨的毒性极强，血液中氨浓度只要超过百
万分之一就会致死。这对海水中生活的动物不成问题，因为它可
以经由鳃把氨不断地释放到周围的海水中，但是陆地上生活的动
物就没有这种能力。如果要把不断生成的氨由尿中排出去，那么
动物就会失水而死；所以陆地上的动物所排泄的含氮废物，必须是
毒性较低的尿素。这种尿素物质在血液中浓度高达
1％也不会有
危害。
现在的鱼类所排泄的含氮废物就是氨，蝌蚪也排泄氨。但蝌
蚪到成长为青蛙，便改为排尿素。生物由水生到陆生，这种化学上
的变化和由鳃变为肺是同等重要的。
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当总鳍鱼类登上陆地，慢慢变成两栖类时，这些生物化学上的
变化，应该就已开始。因此，有充分的理由使人们相信，生物化学
上的进化和形态进化占有同样重要的地位。
由两栖类到爬行类，还要经历一段重要的生物化学变化。爬
行类的卵中，水分有限，如果胚胎中也是排尿素，一定会造成卵内
的浓度太高，解决这个问题的方法就是改为生成尿酸，而不是生成
尿素。尿酸是一种嘌呤分子（与细胞核酸中的腺嘌呤和鸟嘌呤相
似），不溶于水，因此可以以小粒晶状析出，这样就不会再进入到细
胞中产生危害了。
成长为成体以后的爬行类，仍旧排尿酸，但没有一般的尿液，
而是以半固体状态由排粪便的出口排出，这单一的开孔称为泄殖
腔。
鸟类和卵生哺乳类的卵，和爬行类相似，仍保留泄殖腔和排尿
酸的机制。事实上，卵生哺乳类也叫做单孔类（分类上也叫做单孔
目），就是这个缘故。
有胎盘的哺乳类的胎儿，可间接和母体的循环系统相连，胎儿
产生的含氮废物很容易被冲淡，因此是以尿素形式转到母体血液
中，由母体的肾脏排出。
成体以后的哺乳类，要大量排出尿液以除去尿素，因此有两个
分开的出口：一个是肛门，排出固体的食物残渣；另一个是尿道
口，专门排尿液�
