生命史

縱觀地球生命史整個歷史，從生命起源至人類文明，大致可分為3個階段。

1、前生命的化學進化階段

澳大利亞、南非太古宙的化石證據和穩定同位素分析研究結果表明：如果前生命的化學進化是在地球表面進行的，那麼這隻能發生在38億年前－40億年前。原因：地質學家——地殼大約自40億年前逐漸形成。

2、生物學進化階段

地球上最早的細胞生命的誕生——即具有與外界分隔的生物膜，同時又有內部膜分隔的、有形態學特徵的、有個性的生命的最初出現，標誌著前生命的化學進化的完成和生物學進化的開始。從最早的細胞生命出現開始的生物學進化，經歷了：太古宙（38億年前－25億年前）、元古宙（25億年前－6億年前）、顯生宙（6億年前至今)3大地質時代，歷時38億年之久。

3、文化進化與生物學進化并行和相互制約階段

在顯生宙末的最近的幾千年，地球上的人類進入文明階段，從此，生物圈的進化愈來愈受人類活動的影響和控制，人類文化與生物的進化相互作用、相互制約，這就是生命史最後一個階段的特徵。

（1）單細胞生物的繁衍和早期生態系統的建立

單細胞生物居於統治地位佔據了地球生命存在的幾乎6/7的時間。這一時期又可以分為以原核生物和真核生物分別佔主體的兩個發展階段。

1.原核生物的發展

在細胞形成的早期，以原核生物藍菌為主體的單細胞生物很快便開始了生命的第一次生態系統的構建和擴張，成為當時生物界的主宰。當然，現在對古代藍菌光合作用的類型，即對它的釋氧能力還不清楚（光系統1為非釋氧型，光系統2為非釋氧型）。但是地質記錄表明當時大氣圈中的自由氧的積累是極緩慢的，又經過漫長的15億年即到距今20億年前，大氣的氧氣分壓才達到現在大氣分壓的10%~15%。因此，人們猜測古代藍細菌只具有光系統。

2.真核生物的興起

由於環境因素的驅動，原核生物藍細菌生態體系走向衰落，真核生物走向它的興盛和繁榮，表現在疊層石丰度和形態多樣性的顯著下降和主要真核生物構成的海水表層浮遊生態系統和海濱底棲生態系統逐漸形成，出現了歷史上第二次生態擴張。真核生物從它的開始就表現出了比原核生物明顯突出的多樣化趨勢。

（2）多細胞生物出現

1.多細胞植物誕生

目前，明確的多細胞群集植物化石在大約6億年前元古宙晚期震旦紀。在中國貴州地陡山沱組磷塊岩中保存了多種形式的植物化石，其中發現有兩種類型的植物：一種是表現為細胞群體的結構，它們是由無數細胞不規則集聚成形態不定的集群，或者由幾十到幾百個形態相似的細胞有規則地排列成球狀地集群；另一種則是具有明確多細胞生物結構地化石－葉藻。葉藻是有宏觀體積地葉狀植物體，它地內部結構複雜，有皮層和髓層地分化，髓層由薄壁組織和假薄壁組織構成。

2.多細胞動物的誕生

目前，一般認為多細胞動物的發生要比植物晚。明確的最早的多細胞動物化石發現於澳大利亞南部伊迪卡拉地區的晚前寒武紀，約5.7億～5.5億年的龐德石英砂岩中。

多細胞生物帶來的不僅僅是生物個體體積規模的增大，它出現了細胞的分化和由大量不同分化細胞級聯形成的整體結構，出現了生物體內精細的組織、器官、系統的秩序構建，出現了各項生命機能的分工。多細胞生物對環境的適應能力大大地增強了，生物個體間的交流方式也同時極大地豐富了，由多細胞生物建立起來的生態系統的複雜性和規模更是單細胞生物所遠遠不能比擬的。所以應該說多細胞生物將給生命帶上了一個新的層次，它的優越的動力學性質為生命帶來了新的巨大的進化潛力。

（3）多細胞生物出現后的生物演進

在大約5.4億～5.5億年前，多細胞生物迅速大量地出現，相應地地質學地顯生宙時代開始。多細胞生物地出現帶來了地球生命地巨大進步，單細胞生物在生物界地主角地位很快地被多細胞植物和動物取代了。在進化中植物由水生走上了陸地，經苔蘚植物、蕨類植物，最終發展出龐大的裸子植物、被子植物群落，成為今天地球上最重要的生態景觀；動物更是展開了一幅波瀾壯闊的進化畫卷，無脊椎動物和脊椎動物先後登陸，兩棲、爬行、哺乳、鳥類動物相繼進化出現。在各類動物中不同物種此起彼伏、你來我往，地球上出現了前所未有的一派昂然生機景象。從生物學的角度，多細胞的進化主要表現在兩個方面，第一是生物個體結構與功能的一系列進化革新，第二是大量新的生物物種形成、生態系統迅速擴張並覆蓋全球。

1、多細胞生物結構的進化

（1）植物首次骨骼化，鈣藻出現，植物木質化維管系統形成，陸生維管植物誕生，被子植物起源；

（2）動物極性軀體結構形成和發展、防護和支撐系統出現，無脊椎動物高級類群產生，呼吸系統形成及外骨骼特化，昆蟲及其它陸生節肢動物起源；

（3）動物中樞神經系統發展、頭及內骨骼形成，脊椎動物魚類起源，繼之運動和呼吸器官改造，兩棲類動物出現，生殖系統進化，體溫調節系統發展，溫血動物出現，生殖方式進化，哺乳動物起源，飛翔器官產生，爬行動物向鳥類進化。

2、多細胞生物物種和生態系統的進化

（1）第三次擴張開始於大約6億年前至寒武紀早期，以生物多樣性急劇增加為主要特徵的生態擴張過程。多樣化的淺海底棲多細胞藻類植物和無脊椎動物與大量浮遊的單細胞真核藻類植物和原生生物結合，形成了濱海、淺海、半深海和大洋表層、中層水域的生態系統。

（2）第四次擴張大約開始於4億年前，主要特徵是，陸地維管植物和陸生動物的出現引導陸地生態系統的建立，同時海洋生物進一步向中深層和深海底發展，覆蓋全球的生物圈形成。

(4）人類的起源

生命經過了38億年的漫長的進化歷史，在大約400到1000萬年前走上了人類誕生的道路。人類在龐大的生物學系統中，實實在在只佔據著一個十分微小的位置。

人在生物界中的分類位置：

真核：異養、組織器官發達——動物界

脊索動物門：原脊索動物亞門，脊椎動物亞門

脊椎動物亞門包括：軟骨魚綱、硬骨魚綱、無頜魚綱、兩棲綱、爬行綱、鳥綱、哺乳動物綱。恆溫、熱血動物，無羽毛、哺乳、毛髮

哺乳動物綱：原獸亞綱、后獸亞綱、真獸亞綱

真獸亞綱：包括食蟲目、食肉目、靈長目等等

靈長目

人類科

人類屬

智人種（Homosapiens）

根據膚色、發形等體質特徵把全世界的人劃分為4個人種:

（1）蒙古利亞人(Mongoloid)或稱黃種人

（2）高加索人(Caucasoid)或稱白種人

（3）尼格羅人(Negroid)或稱黑種人

（4）澳大利亞人(Australoid)或稱棕種人

進化歷程：南猿（440萬年~100萬年前）——〉能人或早期猿人（200萬年~175萬年）——〉直立人(200萬年~20萬年)——〉智人（Homosapiens，25萬年，即現代人）

20世紀60年代以來，地球生命史研究的主要進展有如下幾項：

1、有化石記錄的生命史已追溯到35億年前。

南非太古宙翁維瓦特群（Onverwachtgroup）和無花果樹群（figtreegroup）、澳大利亞西部和西北部的太古宙瓦拉伍那群（WarrawoonaGroup）和阿倍克斯玄武岩組（Apexbasalt）的燧石層中——絲狀的微生物化石，同位素年齡為34－35億年。

2、間接的證據表明，生命史與地質史幾乎同樣長——大約38億年。

格陵蘭的依蘇阿（Isua）的太古宙沉積變質岩：世界上已知最古老的岩石，同位素年齡接近38億年，其穩定碳同位素比值（排除變質作用影響因素）與生物來源的碳的數值範圍大體接近。證明：生物有機合成（初級生產）可能在38億年前就開始了。以下兩項證據也間接地支持了38億年前地球上可能有生命存在的推斷：依蘇阿太古岩的沉積紋理等特徵，表明——那時（38億年前）已有液態水圈存在。沉積變質岩系中夾有碳酸鹽岩表明——當時大氣圈中有二氧化碳。

3、光合作用存在的證據

澳大利亞、南非太古宙早期的沉積岩中，發現有碳酸鹽岩石和疊層石存在。疊層石——一般被認為是光合微生物的生命活動與沉積、沉澱作用的綜合產物前面提及的絲狀微生物化石的發現，以及現代活細胞的核酸一級結構比較研究獲得的信息：光合綠色硫細菌Chlorobium和Chloroflexus起源很早。以上證據表明：光合作用和光合微生物在35億年前可能已存在。

4、古生物學、地質學的研究進展，使我們對生命史中最重要的進化事件發生的時間、歷史環境背景有了更多的了解：

4.1真核生物的最早出現大致和大氣圈中的自由氧的開始積累同步——大約19－20億年；

4.2多細胞植物（海生底棲藻類）在6.0－7.0億年前的元古宙晚期第一次適應輻射；多細胞無脊椎動物最早的適應輻射發生在大約5.5－5.7億年前。最近的古生物學、分子鐘的研究表明：後生動物的起源可能很早。

4.3具有外骨骼的無脊椎動物（小殼化石）和具有鈣化組織的藻類植物最早出現在5.3－5.5億年前。動物與植物的第一次骨骼化與前寒武紀至寒武紀過渡時期全球海洋與大氣物理、化學特性的改變有關。

4.4最早的陸地植物（苔蘚植物）和陸地無脊椎動物（某些節肢動物和環節動物）構成的陸地生態系統大約在4.5億年前出現；陸地維管植物最早出現於4或4.5億年前（早志留世或奧陶世）。

4.5化石記錄還表明：

在寒武紀初期（5－5.3億年前）、奧陶紀末（4.4億年前）、晚泥盆世（3.6億年前）、二疊紀末（2.3億年前）、

三疊紀末（1.9億年前）、侏羅紀末（1.3－1.4億年前）、白堊紀末（0.65億年前）曾經發生過大規模的物種絕滅事件：原因：多少和全球環境的變化，甚至可能和地外的（天文學的）事件相關。

1、地球生命歷史之長和生命起源之早出乎意料：

假如38億年前原始地殼和原始海洋剛形成時，生命就出現了，那麼前生命的化學進化只能發生在38－40億年前的正處於地殼形成過程中的不穩定的的地球表面上。這令人費解！

2、單細胞微觀生命的進化歷史長達28億年，多細胞宏觀生物的出現和分異如此之晚且如此“突然”，令人費解！

最早的單細胞生物化石記錄（35億年前）－可靠的多細胞動、植物最早的化石記錄（6－7億年前）之間的時距長達28億年之久。

3、光合作用因涉及複雜的細胞結構和酶系統，一般認為其起源較晚。但許多證據表明：光合作用和光合微生物起源很早（至少35億年前就出現了）。證據：疊層石、微生物化石、穩定碳和硫同位素分析資料以及活細胞分子生物學分析資料

4、動物、植物的第一次骨骼化（鈣化）為什麼幾乎同時發生於前寒武紀末－寒武紀之初？

5、大規模物種絕滅的原因？

化石記錄的統計分析表明：顯生宙期間發生過若干次大規模的物種絕滅（集群絕滅）和隨之而來的快速適應輻射，引起這種大規模物種替代和生態系統重建的原因究竟是在生態系統內部還是由於地球以外的天文事件引起？

生命史已不僅是生物進化歷史，實際上它也是地球演化史，是整個自然界（生物與非生物部分）的歷史。