生物的多样性进化

生物的多样性进化

刘雨欣   张启（通讯作者）   蒲星

唐山师范学院    河北唐山   063000

唐山师范学院  河北唐山 063000

西华师范大学    四川南充    637009

摘要达尔文的进化论是目前人们普遍接受的理论，他用令人信服的材料证明了物种的可变性，一个物种是从另一个物种演变来的，它们有着共同的祖先。当生物面临致死环境的威胁时，会通过适应性进化摆脱灭绝的风险，生物按照自身和环境的法则进行着变异与进化。由于生物不同的进化方向，使生命体具有统一性和多样性。依据这些特性，本文将生物分为原核和真核两大类，阐述他们有各自的进化特点。

关键词  进化；生命起源；多样性

生物的多样性进化是由于生命体经过环境和自身的变化导致的发生形态和生物发展演变的过程。对标本中遗传信息的挖掘有助于推衍物种进化过程以及重建祖先物种或已经灭绝类群的进化历史[1-2]。目前我们已知地球诞生于46亿年前，最早的生命体——原核生物化石被证实存在35亿年，也就是说至少有11亿年的时间地球逐渐进化出生命体。1953年米勒-尤里实验模拟了在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物，证实了地球生命发生之前可能存在非生命体的化学进化，这也是化学进化的第一个阶段——有机小分子的非生物合成；而在活细胞中蛋白质和核酸的合成也就是化学进化的第二个阶段——生物大分子的非生物合成也就显得尤为重要，对此主要有两种观点：陆相起源说和海相起源说，不过它们都是对蛋白质和核酸聚合的猜想；需要清楚的是生物大分子还不是原始生命，只有核酸和蛋白质组成独立多分子体系时才可以显现出某些生命现象，而这也是化学进化的的第三个阶段——核酸-蛋白质等多分子体系的建成；至此，它们仍不可成为生命体，还需要相互依赖和调控，并且要有膜的保护才可完成化学进化的第四个阶段——从有机多分子体系演变为原始初级的生命。经过四个化学进化阶段后，才可逐渐形成细胞，进入达尔文进化，经过一系列的进化与变异，通过自然选择成为我们目前所熟知的生物。下面笔者将从原核生物和真核生物两方面对生物多样性进化进行阐述。

一 原核生物的多样性进化

原核生物是一些低等的生物，它们由单细胞或多细胞组成，没有真正的细胞核。而我们目前发现的最早的原核生物化石被证实已存在35亿年，最早的真核生物化石被证实已存在21亿年，也就是说原核生物占优势长达十几亿年的时间。詹姆斯·雷克表示，不仅限于真核细胞可以产生不同的生命类型[3]，两组原核生物融合在一起产生了双模原核生物，如果没有这一事件就不会产生更高级的生命，而当时的地球正处于无氧的状态，氧气正是由这些双膜原核生物的子群产生的，我们人类又需要在氧气相对充足的条件下才可以生存，可以说没有原核生物的进化，就没有人类的存在。现今的原核生物几乎与细菌同义，而细菌又分古核生物和真细菌两个域。

从古核生物来讲，古核生物是一些生长在极端特殊环境中的细菌。地球早期的环境极其恶劣，高热高盐等极端环境才是当时的真实写照，只有克服适应了这种环境才能够生存，故而古核生物通过进化形成了独特的细胞结构[4]，成功生存下来。

从真细菌来讲，除古细菌以外的所有细菌均称为真细菌。当第一个原核细胞出现在地球上时，地球正处于一种缺氧的环境，故而最早的原核生物可能是厌氧和化能异养类型的，它的结构和类型简单，从海洋中获得所需营养，由于海洋营养物质有限给原始细胞造成了生存压力，从而推动原始细胞的进化，出现了厌氧化能自养类型，自给自足。接着出现了光能自养类型的蓝细菌，作为生产者，而异养型的细菌则作为分解者，构成了生物合成和分解统一的生态系统，完成了进化的一大飞跃。而由于有氧呼吸类型的产能效率较厌氧呼吸高，所以代谢类型从厌氧型转变为需氧型。

二 真核生物的多样性进化

真核生物是一类具有细胞核、核膜，能进行多种复杂活动的生物类群，最早的真核生物化石于2008年被发现，已存在21亿年的时间。它包括了真菌界、植物界、动物界和原生生物界，无论是从生物多样性的哪个层次来看，真核生物都扮演着生物多样性的主要角色[5]。与古菌和细菌相比，真核生物需要进行有氧呼吸，对营养物的需求较高，故而比较容易受环境因素影响，其进化方向也更为多样化[6]。

（一）真菌的多样性进化

真菌是一种具真核的、产孢的、无叶绿体的真核生物，真菌的细胞内不含叶绿素，也没有质体，一般营寄生或腐生生活。作为生态系统中的分解者，进行吸收式的异养，其独特的菌丝可以分泌水解酶消化掉植物的细胞壁，并生长到细胞中去。真菌可以利用菌丝的生长，以极快的速度触及食物源。在生活方式上，真菌由水生到陆生，并且有可能又回到水生。因此推测具有鞭毛的游动孢子较原始，与之相反的静止孢子则比较进化。在营养方式上，由于腐生方式是最原始的生活方式，故寄生方式较为高级，而特异性转性寄生则是最高级的生活方式。在真菌结构方面，由简单到复杂，再进行退化和失去某些结构，使其结构更简单，更能适应生活环境。

（二）植物的多样性进化

当前学界普遍认为，能固着生活和自养的生物即为植物界，简称植物，并且植物的起源和生命起源密不可分，绿色植物的直接祖先是绿藻，通过细胞内的多次吞噬细菌而形成[7]，我们根据陆生植物能适应陆地生活而藻类不能的特性，将陆生植物归为植物界，把藻类归到原生生物界。而二者同样存在着共性，可以证明二者是从共同的祖先分衍而来。而针对于陆生植物来说，它的进化大致有四个部分。

2.1苔藓植物的配子体抢占优势

在苔藓植物的生活史中出现了两种绿色植物——配子体和孢子体，并且存在着世代交替的现象[8]。以藓类为例，在藓类的配子体上有类似叶的结构，但没有真正的叶和茎，这些细胞中含有叶绿体，故而这些配子体可以进行光合作用独立生活。

2.2蕨类植物的孢子体适应陆地

蕨类植物进化出的根、茎、叶是植物演化的一大进步[9]，在植物的进化史上，蕨类植物是最早适应陆地的植物[10]，由于气孔调控的转换机制、维管系统、角质层等性状的出现，使维管植物的孢子体有了新的适应性，能够更有效地利用资源。但是此时，仅是孢子体世代适应陆地，有性生殖仍需要水环境。

2.3裸子植物有性生殖摆脱水环境

裸子植物与被子植物的区别在于前者胚珠外面无包被物，前者是种子植物中较原始的类群，一般认为由前裸子植物演化而来。在受精过程中不再需要水作为媒介，而是利用进化出的花粉和花粉管，并且出现了种子，提高了对孢子体的保护能力。在具备自我保护的能力后，裸子植物开始逐渐向干旱和寒冷的地区转移。

2.4被子植物成为当今陆地上最重要的植物

被子植物也叫显花植物、有花植物，它们拥有真正的花，这些花是它们繁殖后代的重要器官，也是它们区别于裸子植物及其他植物的显著特征。在花中产生的小孢子标志着双倍体的孢子体时代结束，配子体时代开始。小孢子经过有丝分裂形成含有一个生殖细胞和一个粉管细胞的花粉粒。最后成熟的花粉被传送到柱头，长出花粉管后，将其中的精子在胚囊中释放，形成合子。由于被子植物的内部构造得到进化，使其运输和支持功能优于其他植物。

（三）动物的多样性进化

动物通常以有机物为食，是一种可以自由移动或可以活动的有感觉的生物。由于动物的5S和18SrRNA相同，故而所有的动物拥有共同的祖先，我们将动物分为脊索动物和无脊椎动物。脊索动物，就是具有脊索、背神经管和鳃裂的动物，而无脊椎动物与之相反，背侧没有任何脊柱。

脊椎动物具备复杂的神经和感官系统，得益于其特有的颅神经嵴细胞，它发育而来的骨、神经等组织使脊椎动物在生命活动中可以进行精准调控[11]。而无脊椎动物就不具备此条件，但是同其他生物一样，需要利用氧气氧化能源物质获得能量[12]。在远古时期缺氧的环境下，它们进行无氧呼吸，随着产氧植物的逐渐产生，氧气不在稀薄，慢慢进化出了鳃，当动物走向陆地生活又逐渐进化出了肺。外表皮也从刚开始的单层扁平细胞转向有鳞片或毛发包裹的结构，为了在恶劣的环境下生存，逐渐有了自我保护的结构。由最初的简单结构逐渐复杂，能够同时进行各种生命活动。

（四）原生生物的多样性进化

原生生物界的概念随着时间的推移不断变化，如今原生生物界已经被放弃，它们并不是一个自然类群，为了方便研究，将其暂时归为一类。原生生物大部分是单细胞生物，具有真核生物的某些特点，即具有细胞核和带有膜的细胞器。有些原生生物可以借助光合作用制造养分，因而有些生物学家把所有藻类都归到这一界中，尽管一些藻类是多细胞生物。接下来将从多方面介绍不同进化方向的原生生物所具备的特性。

4.1线粒体退化的鞭毛原生生物

随着时间的推移，生物为了适应自己所生活的环境，将其线粒体进行某些退化或特化。最突出的例子是贾第虫。贾第虫具有不完整的核被膜，只有线粒体基因和细胞骨架，细胞内具有二单分体核，核内有rDNA，但却没有核仁，而现代真核生物具有两套染色体的二倍体阶段，故其有可能代表着在进化过程中丢失的基因谱系。

4.2具有叶绿体的原生生物

在进化的过程中，为把光能进行充分利用，逐渐衍生出叶绿体，可以进行光合作用，是完全自养型生物。以眼虫为例，把眼虫置于黑暗的环境中时，叶绿体会逐渐退化，从而失去功能，变为异养型生物，而在把它与放到光亮处时又会恢复其功能。

4.3具有囊泡的原生生物

囊泡生物，顾名思义，就是在细胞质膜下还有囊泡，且囊泡被膜包裹。我们以纤毛虫为例，它是复杂且高等的真核生物[13]，接合时大核退化，形成新的双倍体微核，其中一个微核又会经过一系列的变化形成新细胞的大核。

生物的进化复杂多变，但是它们的最终目的是为了能够更好的适应环境生存下来，在前文提到，生物拥有共同的祖先，经过不同方向的进化和适应，构成了现在多种多样的世界，也许我们对生物的了解还不够透彻，所以对它们的研究还在不断深入，从目前的化石和实验研究来看，生物进化的大体方向已经确定，随着研究的深入，我们将进一步探索进化的奥秘。

参考文献

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[8]高秀英. 苔藓植物配子体和孢子体光合作用和光合器的比较研究[D]. 北京师范大学, 1997.

[9]毛轲;孟子秋;张永彪.神经嵴发育调控及颅面部遗传基础研究进展[J].遗传,2022,(12):1089-1102.

[10]李子菲;苏应娟;王艇.蕨类植物叶绿体基因ycf94的分子进化研究[J].热带亚热带植物学报

[11]王婷, 舒江平, 顾钰峰等. 中国石松类和蕨类植物多样性研究进展[J]. 生物多样性, 2022, 30(07): 45-72.

[12]阿不都艾尼·巴拉提. 无脊椎动物的呼吸系统与进化[J]. 和田师范专科学校学报, 2009, 28(03): 202-203.

[13]谷思雨. 纤毛虫原生动物主要类群的系统发育基因组学研究[D]. 哈尔滨师范大学, 2020.