第1节 生物有共同祖先的证据

达尔文的生物进化论主要由两大学说组成:共同由来学说和自然选择学说。前者指出地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的;后者揭示了生物进化的机制,解释了适应的形成和物种形成的原因。

达尔文列举了大量的证据来论证自己的理论。后来,随着研究的深入,人们又发现了许多支持生物进化论的新证据。

地层中陈列的证据——化石

化石是指通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等。

利用化石可以确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。例如,从动物的牙齿化石推测它们的饮食情况,从动物的骨骼化石推测其体型大小和运动方式:从植物化石推测它们的形态、结构和分类地位(图6-1);等等。因此,化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。

大部分化石发现于沉积岩的地层(图6-2)中。如果把地层比作一本书,化石则是书中的文字,记录着地球和生物进化的历史。

已经发现的大量化石证据,证实了生物是由原始的共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的,而且还揭示出生物由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序。

学科交叉

与地理的联系   沉积岩是指成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。沉积物指陆地或水盆地中的松散碎屑物,如砾石、砂、黏土、灰泥和生物残骸等。

当今生物体上进化的印迹—其他方面的证据

生物的进化不仅在地层中留下了证据,也在当今生物体上留下了许多印迹,这些印迹可以作为进化的佐证。

比较解剖学证据 研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构,可以为这些生物是否有共同祖先寻找证据。观察图6-3中蝙蝠的翼、鲸的鳍、猫的前肢和人的上肢,你能发现它们有什么共同特点吗?

胚胎学证据 胚胎学是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科。比较不同动物以及人的胚胎发育过程,也可以看到进化的蛛丝马迹。例如,人的胚胎在发育早期会出现鳃裂和尾(图6-4),这与鱼的胚胎在发育早期出现鳃裂和尾非常相似。只是随着发育的进行,人的鳃裂和尾消失了,而成年的鱼仍然保留了鳃和尾。不仅如此,脊椎动物在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段,这个证据支持了人和其他脊椎动物有共同祖先的观点。

细胞和分子水平的证据 从微小的酵母菌,到独木成林的细叶榕;从善于攀缘的黑猩猩,到我们人类,不同生物之间具有很大差异。然而,细胞生物学和分子生物学的研究却表明,看似截然不同的当今生物之间也有很多相似之处。

思考讨论 从细胞和分子水平看当今生物的共同特征

请根据所学知识,结合以下资料,讨论有关问题。

1. 已知最古老的化石是大约35亿年前的古细菌化石。现在,在海洋、湖泊、土壤等环境中还能发现古细菌,这些古细菌都有细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和DNA。
2. 人与猩猩和长臂猿的某段同源DNA的差异分别为24%、5.3%。人与黑猩猩基因组的差异只有3%。
3. 细胞色素c是细胞中普遍含有的种蛋白质,约有104个氨基酸,据测算,它的氨基酸序列每2000万年才发生1%的改变。不同生物与人的细胞色素c氨基酸序列的差异如下表所示。

从细胞和分子水平看,当今生物有许多共同的特征,比如都有能进行代谢、生长和增殖的细胞,细胞有共同的物质基础和结构基础等,这是对生物有共同祖先这一论点的有力支持。不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子的共同点,提示人们当今生物有着共同的原始祖先,其差异的大小则揭示了当今生物种类亲缘关系的远近,以及它们在进化史上出现的顺序。

综上所述,化石为研究生物进化提供了直接的证据,比较解剖学和胚胎学以及细胞和分子水平的研究,都给生物进化论提供了有力的支持。这些证据互为补充、相互印证,有力地支持了达尔文的共同由来学说,进而为解释适应和物种的形成提供了坚实的基础。

科学•技术•社会 理想的“地质时钟”

化石是研究生物进化最有力的证据之一。当人们获得一块生物化石之后,怎样来测算它的形成年代呢?放射性同位素的发现,使人们找到了理想的“地质时钟”。

科学家发现,在同年代形成的岩石中,所含铅和铀的比例是相同的。这是为什么呢?原来,岩石中的铅是由铀逐渐衰变形成的。铅的相对原子质量是207,放射性铀的相对原子质量是238。轴(²³⁸U)具有不稳定的原子核,能够自行放射出射线,最后衰变成质量较轻、稳定的同位素铅(²⁰⁶Pb)。这种衰变的速率不受环境因素(如温度、湿度、压力等)的影响。放射性同位素在一定的单位时间内衰变一半,这个单位时间叫作半衰期。例如,²³⁵U的半衰期是45亿年¹⁴C的半衰期是5 730年。假如现在将100万个²³⁸U原子密封在一个玻璃瓶中,那么,45亿年后,就有50万个²³⁸U原子衰变成铅,这个玻璃瓶中将只有50万个²³⁸U原子,再过45亿年,将只剩下25万个²³⁸U原子。因此,测定化石中所含²³⁸U和²⁰⁶Pb的比例,我们就可以知道这块化石大约是什么时候形成的。同样的道理,测定化石中¹⁴C和¹²C的比例,也可以知道化石中的生物所生存的年代。

用¹⁴C作“地质时钟”,测定的化石如果是7万年以前的,结果就不可信了。想想,这是为什么?

读了这篇文章,你对学科交又、科学与技术的关系有什么新的认识?