生命的进化书（生命的进化书籍 老版本）

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书名：生命与进化（全彩）

作者：【美】《科学新闻》杂志社

出版社：电子工业出版社

出版年份：2017-11

页数：428

内容简介：

《生命与进化（全彩）》内容简介：电子工业出版社与美国科学与公众协会（The Society for Science the Public）及其出版的《科学新闻》杂志（Science News）倾力合作，陆续推出“科学新探索”丛书，《生命与进化》正是该丛书的第七本书。本书介绍了人类对生命的起源与进化的不断探索，以及在此过程中所发生的一个个令人着迷与惊喜的故事。

《生命与进化》一书的文章均选自近几年《科学新闻》杂志中尤为精彩、受读者欢迎且值得阅读的文章。《科学新闻》杂志是美国专业、全面、及时的科学新闻来源之一。

作者简介：

美国《科学新闻》杂志（Science News）由非营利机构美国科学与公众协会（The Society for Science the Public）出版，出版地为华盛顿特区。纸质版《科学新闻》杂志（Science News）为双周刊，同时开通了每日更新的新闻网站 ()。

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《科学新闻》杂志由优秀的团队撰写、编辑和设计，面向科学爱好者、希望更深了解前沿科学成果的学者，以及时刻关注其他领域发展的科学家。

生命进化史就是人性进化史吗

不是。《生命进化史》包括《从起源到登陆》《从陆地到天空》《从野性到文明》3本书。“演化”之内涵贯穿三部曲始末，将宇宙的演化与生命的演化融为一体，把宇宙学、地质学、物理学、化学、生物学与生命科学有机结合，以6次生物大灭绝事件为节点，9次生命进化飞跃为主线，搭建起完整的生命进化知识体系。生命进化史不是人性进化史。从人类的进化史方面来看，人性的发展在经历着一个由简单到复杂，由低级到高级的过程。

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简介：生命进化的跃升本书介绍的是，生命发展过程中10大关键性进展，当然因为真实的过程目前没有技术能力完全重现，所以免不了有推理和猜测的成分，但是比某些历史学家好一些的是，本书会提取出自己有推测和偏好的地方，让读者有个正确的认识。  

生命起源与进化

生命起源和进化过程

前地球上丰富多彩的生物界是怎样形成的？地球上最初的原始生命又是怎样产生的？根据众多学者长期的深入的综合的研究认为，生命的起源和发展需要经过两个过程。第一个过程是生命起源的化学进化过程（发生在地球形成后的十多亿年之间），即由非生命物质经一系列复杂的变化，逐步变成原始生命的过程。第二个过程是生物进化过程（发生在三十亿年以前原始生命产生到现在），即由原始生命继续演化，从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生，经过漫长的过程直到发展为现今丰富多彩的生物界，并且继续发展变化的过程。

生命起源化学进化过程

根据科学的推算，地球从诞生到现在，大约有46亿年的历史。早期的地球是一个很炽热的球体，地球上的一切元素都呈气体状态。那时地球上是绝对不会有生命存在的。地球上最初的原始生命是在原始地球条件下，由非生命物质，在极其漫长的时间里，经过四个阶段的化学进化过程，一步一步演变而成的。

1．从无机小分子物质生成有机小分子物质

原料：原始大气中的各种成分。

能量：大自然不断产生的含有极高能量的宇宙射线、强烈的紫外线和频繁的闪电等。

1953年，美国芝加哥大学的学者米勒及其助手在实验室内首次模拟原始地球在雷呜闪电下将原始大气合成小分子有机物的过程。米勒等人设计的火花放电装置如课本的图中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，然后模拟原始大气成分通入甲烷、氨、氢等混合气体。将入口玻璃管熔化封闭，然后把烧瓶内的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，进入容积为5升的烧瓶中，并在其中连续进行火花放电7天，模拟原始地球条件下的闪电现象，再经冷凝器冷却后，产生的物质沉积在U型管中，结果得到20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中，有4种氨基酸——甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。

继米勒的工作后，不少学者利用多种能源（如火花放电、紫外线、冲击波、丙种射线、电子束或加热）模拟原始地球大气成分，均先后合成了各种氨基酸，以及组成生物高分子的其他重要原料，如：嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出：在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，完全可以完成从无机物向简单有机物的转化。（需要说明的是：新近的发现已令有的人对此结论产生了一些怀疑。有的科学家认为，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都会迅速被紫外线辐射所分解，释放出的H2多数也会逃逸到太空中，根据目前的理论，早期大气的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等气体，可能还有一些游离氢。）

由于火山爆发的同时，使地壳不断地隆起或下陷，形成了山峰或低地，后来，当地表温度下降后，散布在原始大气里的、达到饱和状态的水蒸气遇冷形成雨水而下降，流到低地就形成原始海洋。氨基酸等小分子有机物经雨水作用最后汇集在原始海洋中，日久天长，不断积累，使原始海洋含有了丰富的氨基酸、核苷酸、单糖等有机物，为生命的诞生准备了必要的物质条件。

2．化学进化过程的第二阶段：从有机小分子物质形成有机高分子物质

原始海洋中的氨基酸、核苷酸、单糖、嘌呤、嘧啶等有机小分子物质经过极其漫长的积累和相互作用，在适当条件下，一些氨基酸通过缩合作用形成原始的蛋白质分子，核苷酸则通过聚合作用形成原始的核酸分子。生命活动的主要体现者——原始的蛋白质和核酸的出现意味着生命从此有了重要的物质基础。

美国学者福克斯认为，原始海洋中的氨基酸可能被冲洗到火山附近等温度高于水沸点的热地区，它们在那里蒸发、干燥和聚合，产生的类蛋白又被冲回海洋，进一步发生其他反应。他在实验室内将多种纯氨基酸混合，在无水条件下加热至160—200℃，几小时后就得到具有某些天然蛋白质性质的类蛋白。（原始的蛋白质和核酸与现代生物中的蛋白质和核酸并不一样，它们又经过若干亿年的不断演变，以至结构越来越完善，功能越来越复杂，才形成像现在的蛋白质和核酸的高分子化合物。）以后又有人模拟原始地球条件，用核苷酸等小分子有机物合成类似天然核酸的物质。 3．化学进化过程的第三个阶段：从有机高分子物质组成多分子体系

以原始蛋白质和核酸为主要成分的高分子有机物，在原始海洋中经过漫长的积累、浓缩、凝集而形成“小滴”，这种“小滴”不溶于水，被称为团聚体或微粒体。它们漂浮在原始海洋中，与海水之间自然形成了一层最原始的界膜，与周围的原始海洋环境分隔开，从而构成具有一定形状的、独立的体系。这种独立的多分子体系能够从周围海洋中吸收物质来扩充和建造自己，同时又能把小滴里面的“废物”排出去，这样就具有了原始的物质交换作用而成为原始生命的萌芽，这是生命起源化学进化过程中的一个很重要的阶段。但这时还不具备生命，因为它还没有真正的新陈代谢和繁殖等生命的基本特征。

团聚体假说 这一假说是由原苏联学者奥巴林提出的。奥巴林等人把均匀、透明的白明胶（一种动物蛋白质）的水溶液与阿拉伯胶（一种多糖）的水溶液混合在一起。用显微镜观察，可以看到：原来均匀、透明的胶体溶液变得浑浊了，继而出现了具有明显界膜的小滴，奥巴林把这种小滴称为团聚体。由于发现这种团聚体可以表现出合成、分解、生长等生命现象，奥巴林等人认为团聚体可能是原始生命形成过程的一个重要阶段。

微球体假说 这一假说是由美国学者富克斯提出的。福克斯等人把酸性的类蛋白物质用1％的NaCl 溶液稀释经加热、溶解、冷却以后，放在显微镜下观察，发现了溶液中有无数的球状小体。福克斯称它为类蛋白微球体。

微球体能保持结构的稳定性，具有双层的界膜，通过这个界膜，微球体能够与周围环境进行有选择性的物质交换。它们在高渗透压的溶液中收缩，在低渗透压的溶液中膨胀。福克斯认为，微球体就是最初的多分子体系。

4．化学进化过程的第四个阶段：从多分子体系演变为原始生命

具有多分子体系特点的小滴漂浮在原始海洋中，经历了更加漫长的时间，不断演变，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，其中一些多分子体系的结构和功能不断地发展，终于形成了能把同化作用和异化作用统一于一体的、具有原始的新陈代谢作用并能进行繁殖的原始生命。

这是生命起源过程中最复杂、最有决定意义的阶段，它直接涉及到原始生命的发生，是一个飞跃，一个质变阶段。所以，这一阶段的演变过程是生命起源的关键，但目前仅仅是推测，如果能得到证实并能进行模拟的话，那么就意味着能人工合成生命，这将是生命科学上一个重大的突破。

1965年，我国科学工作者首次人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，这是一种比较简单的蛋白质分子，分子量约为6000，由51个氨基酸、两条肽链（分别为21肽和30肽）组成，这在当时远远超过国际水平。1981年，我国科学工作者又人工合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸，这是一种RNA，是酵母菌在合成蛋白质时，专门用来运送丙氨酸到核糖体上的t-RNA。它的分子量为26000，比牛胰岛素的分子量约大4倍，结构也复杂得多。结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转运核糖核酸的人工合成，对生命起源化学进化过程第二阶段的研究有着重要的意义，它反映了我国在探索生命起源问题上所取得的重大成就。

原始海洋是地球上最初产生的有机物的汇总场所，有机高分子的形成，多分子体系的组成，以及原始生命的诞生都是在原始海洋中进行的，而海水能阻止强烈的紫外线对原始生命的破坏杀伤作用。所以说，原始海洋是生命的摇篮。

（1）原始生命虽然具有原始的新陈代谢作用，但其结构十分简单，不可能具有进行光合作用的结构和条件，而只能以原始海洋中已经存在的各种有机物作为营养物质，所以其同化方式应该是异养型。原始大气成分中没有氧气，因此其异化方式只可能是厌氧型。所以，原始生命的代谢类型最大可能为异养厌氧型。

（2）生命在地球上的出现是原始地球条件和各种物质相互作用的结果，在现今的地球条件下，作为生命起源的基本条件已不存在了。随着地球上最早的能进行光合作用的原始藻类（如蓝藻）和以后绿色植物的出现，现代大气已成为含氧丰富的氧化性大气，而不再是生命起源所必需的还原性大气。现今地球的大气层中有臭氧层阻挡了大部分的紫外线，没有了强烈的太阳辐射，也没有频繁的闪电，地球的温度也降低了，把无机物合成为有机物必需的自然界的高能作用已不复存在。另外，也不再有含丰富有机物、含盐量极少的原始海洋那样的环境。现在的地球上由于存在大量的游离氧（可以氧化有机物）和微生物（可以分解有机物）各种有机物不可能像在原始海洋中那样长期保存和积累。因此，在现在的地球环境条件下，是不可能再产生新的原始生命的。正因为地球上不会有新的生命起源，现在地球上生物若灭绝一种，就永远地消失， 一去不复返。因此保护环境，保护生物，尤其保护珍稀的野生动植物资源是当务之急。

生物的进化

化石是生命进化过程的历史见证，目前最早的化石记录是30多亿年前地层中发现的原核生物化石。而在这以前最初的生命是非细胞形态的生命，当时生命所处的时代，是没有游离氧存在的，代谢方式只能是以周围环境的有机物为养料，依靠无氧呼吸的方式获取能量，为异养、厌氧型生物。以后，从非细胞形态的原始生命发展到原始细胞形态的生命，是生命发展历程中的新突破。标志着生命的进化已经从原始生命阶段发展到了原始的原核生物阶段。当地球早期积累的有机物随异养生物的消耗而减少时，突变和自然选择的结果，逐渐演化出自养型的生物——蓝藻类的原核生物。蓝藻通过光合作用合成有机物，是一个划时代的飞跃，标志着生物减少了对外界环境的依赖性，增强了自身的独立性。光合作用消耗大量二氧化碳，同时释放分子氧。地球大约在20亿年前出现氧气，且氧气含量达到了现在大气中氧含量的1％。氧含量的增加，为需氧型生物的产生创造了条件。这时的生物由异养生活过渡到自养生活，并从异养生物中分化出了自养生物，由无氧生活过渡到有氧生活，从厌氧生物中分化出好氧生物，使得新陈代谢的水平加强。

在我国河北距今13亿年前的地层中发现了保存相当好的红藻化石。

在澳大利亚10亿年前形成的地层中发现了单细胞绿藻化石，从这些化石上已经极其清楚地显示出细胞具有细胞核，已是真核细胞。虽然对真核细胞的起源，尚未有统一的学说，但是真核细胞的出现在生物进化历史上具有重要的意义。

其意义首先表现在：真核细胞在结构和机能上的复杂化，是生物类型多样化的基础。其次，由于有性生殖过程中的减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，所以说真核细胞的有丝分裂为有性生殖的产生奠定了基础。

从化石资料的事实表明，有性生殖的生物出现以后，生物进化的步伐确实大大加快了。而现存的生物绝大多数都是进行有性生殖的。

生物的进化经历了漫长的岁月，随着生存环境的演变，低等生物逐渐向高等生物进化。从下表中我们可以较为清晰地看出生物进化的方向是：低等→高等；水生→陆生。

时间 环境 环境状况 生物种类

6亿年前 海洋 种类繁多的藻类植物和低等无脊椎动物

陆地 几乎没有生命，一片寂静

4亿年前 海洋 缩小 鱼类兴旺

陆地 扩大 出现原始蕨类植物，原始两栖类

3亿年前 陆地 气候温暖潮湿 蕨类植物繁盛，其中一些种类进化成裸子植物；两栖类兴旺，其中一些种类进化成爬行动物

248万年 陆地 高大山脉隆起、气候寒冷、干燥 原始哺乳动物。鸟类陆续出现，并极大发展，厥类植物大量死亡，被子植物出现并空前发展

生物的种类繁多；到目前为止，已经发现的生物大约有二百万种，早在1735年，瑞典博物学家林奈将生物界分为植物界和动物界。

　 植物 动物

运动 不能运动 能够运动

营养 光合作用　自养型 摄取有机物　异养型

按照林奈的两界说，像裸藻这样既可以借助于鞭毛的摆动运动，又可以通过叶绿体进行光合作用制造养料的生物，在分类系统中属于哪一界呢？显然，两界说不能将生物进行合理的分类。随着人们对不同类群生物的认识不断加深，目前，被广泛认同的是1969年美国学者魏泰克提出的五界说，五界说是依据真菌和植物在营养方式和结构上的差异，在生物分类的基础上创立的。

求关于生物进化的书籍，越多越好，除了《物种的起源》还有什么？

最基本的是达尔文的物种起源 专业点的有 李振刚《高级分子生物学》沈银柱的《进化生物学》全书共分12章，内容包括生物大分子、生命、细胞、物种、人类以及行为的起源，生物进化发展的分子基础和一般规律，进化方向的复杂性和多样性等。《生命与进化》对地球生命的创始，人类的起源、生命进化的模式，以及死亡灭绝的循环，人类未来的发展方向等，有大量全新的见解 《生命的起源与演化》本书首先从介绍进化论的基本概念、生物进化的方式以及生物的分类方法开始，进而阐述了古生物学的概念、地质年代表以及化石的形成和保存；随后以地球历史中生物界的主要演化事件为主线，依次论述了生命的起源、原核细胞到真核细胞的进化、多细胞后生生物的起源、寒武纪海洋生物的“大爆发”、陆生植物的起源与演化分异、鱼形动物的出现及脊椎动物由水生到陆生的转变、爬行动物及恐龙家族的兴衰、令人瞩目的早期鸟类化石新发现、哺乳动物的起源、演化历程及人类的出现等。

生命到现在有40亿年的时间，第一个生命是怎么来的？

生命进化的历史有多长？卡尔·齐默尔的书《进化：跨越40亿年的生命记录》得出结论，大约有40亿年。那么，这个结论是怎么得出的呢？

生命的演化：偶然而漫长

生命的产生和演化是最重要的科学问题之一。科学一直肩负着两大任务：一是用经验证据尽可能地推断自然界的特征；二是探索世界为什么会这样运转，而不是用其他可以想象但不能塑造的方式，即阐述事实、确定理论。生命生成与进化的探索正符合这两个科学特征。

达尔文进化论被认为是生物科学的基本思想，是揭示和确认生命，包括人类的诞生和进化的理论基础。当然，这不是用理论来证实理论，而是用生物学和生命科学的发现来证实理论。有三种证据最能证明进化的事实。一是人类直接观察到的证据，二是化石中含有的直接证据，三是间接证据，即观察现代生物的各种结构和功能，得出推论。

到目前为止，所谓的生命就是地球上的生命。要在地球上产生生命，我们首先必须有地球的存在。地球上生命的计算来源于卢瑟福对地球物质放射性的计算，它不仅可以证明地球的年龄，还可以确定地球形成的时间。

1953年，加州理化研究所地质学家克莱尔·帕特森测量了撞击亚利桑那州直径1.2公里的陨石坑中的铅和铀，并对比了地球岩石和陨石中的铅和铀，推断地球的寿命为45.5亿年。虽然对地球的年龄存在争议，但后来达成了一致。接下来，研究人员发现地球上的生命大约有40亿年。

早在1996年，美国和澳大利亚的一组科学家前往格陵兰岛西南部荒凉的峡湾，调查地球上最古老的沉积岩，其中一种被火山岩穿透。研究人员确定了火山岩锆石中的U-Pb时钟，并得出结论，该地层有38.5亿年的历史。研究人员还在沉积岩中发现了一种叫做磷灰石的矿物，这种矿物含有少量的碳。样品带回实验室，经离子束粉碎后测定碳同位素。结果表明，磷灰石中C-13的含量与现代生物炭中C-13的含量一样低。因此，这个比率只能来自生物体。

当然，研究人员无法判断在格陵兰岛这些岩石形成之前存在了多久的生命，因为40亿年前的岩石已经不复存在。然而，可以得出这样的结论：生命必须起源于地狱之火。在它形成的最初6亿年里，地球受到了巨大小行星的撞击。无论地球上的生命最初起源于地球，还是小行星撞击产生的，当这些生命在格陵兰岛产生并留下痕迹时，生命已进入全盛时期。所以生命诞生于大约40亿年前。

接下来，我们可以把地球的生命周期和45.5亿年分开。45.5亿年前，地球形成，44亿年前，液化水被注入海洋，38亿年前，最早的生物留下痕迹，35亿年前，最早的化石（蓝藻），27亿年前，最早的真核生物化学痕迹，26亿年前，细菌登陆，18亿年前10亿年前，最早的多细胞化石仍然存在，5.75亿年前，最早的动物埃迪卡拉纪动物群产生，5.35年前，寒武纪爆发，5亿年前，植物产生和进化，4.5亿年前，昆虫和其他无脊椎动物登陆，3.6亿年前，四足脊椎动物登陆，3.2亿年前，羊膜卵母细胞和爬行动物产生，2.25亿年前，哺乳动物和恐龙诞生，6500万年前，大型恐龙灭绝，哺乳动物占主导地位，500万年前，人类和黑猩猩的祖先分离，15万年前，人类出现了与现代人一样的身体结构在非洲。

心智的发展让人脱颖而出

与生命的自然史相比，人类在地球上生存的时间很少，每个人的生命都更小、更可怜。如果说地球上40亿年的生命是一个夏日，那么过去20万年，从现代人类的崛起到语言、艺术、宗教、贸易、农业、城市以及所有书写的历史的崛起，都只是日落前的一道荧光。虽然人类的生命时间极其短暂，但其进化过程中的生命质量和创造力却与其他生命不同。

在人类和灵长类动物的进化树中，黑猩猩是最接近人类的。为什么人类进化到现在的社会形态，创造了现代文明，而黑猩猩仍然在原始的黑暗森林中徘徊？”进化：40亿年的生命记录“提供了一个相对清晰的答案。人类进化已经渗入社会。社会痛苦是心灵的产物。所谓心，就是人是否有同样的心理，人是否能理解他人的思想，即把自己的思想和他人的思想进行比较，对心的解释就是心的理论，即理解自己和他人的心理状态，预测和解释行为的能力。

毫无疑问，人类的思维一开始是模糊的，就像黑猩猩一样。美国哈佛大学灵长类动物专家布莱恩·黑尔在黑猩猩身上进行了一项实验。当黑猩猩为食物争吵时，胜利者总是比黑猩猩优越。两只猩猩同时从相反的方向被关进笼子里。笼子里有两个水果。第二只黑猩猩知道黑猩猩只能看到其中一只，因为另一只被塑料管堵住了，从第一只黑猩猩的方向看不到。结果，第二只黑猩猩每次都去藏水果，以避免与老大发生冲突。

基于此，研究人员认为黑猩猩具有胚胎形态的心理要素。他们可以观察他们的同伴，看看他们看到了什么，然后决定自己的策略。然而，黑猩猩不能完全猜测同伴的心理状态。路易斯安那州西南大学灵长类专家丹尼尔·波维内利的一项研究证实了这一点。研究人员让黑猩猩和一个两岁的孩子向两个观众做食物手势，一个戴着口罩，另一个戴着眼罩。结果，两岁的孩子知道戴着眼罩的大人看不见了，于是他转向戴着眼罩的男人，要了点吃的。然而，黑猩猩对戴着护目镜和面具的人做出同样的手势。这项实验表明，黑猩猩不明白眼睛后面有一个感知他们所接收到的视觉的头脑。

这种智力应该是人类祖先在500万年前与黑猩猩分离后发展起来的。当人们来到大草原时，他们经常与狮子、老虎等大型食肉动物接触，但他们不能像以前那样爬树和躲藏，因此需要组合成更大的群体才能生存。共同的群体生活刺激他们发展更高的社会智力，所需的脑容量也随之增加，人类已成为理解的主人。只要我们观察对方的眼睛和手势，我们就能知道他们看到了什么，甚至是在想什么。例如，一个眼神可以促使同伴逃离危险地带，用眼睛告诉同伴那里藏有老虎。

然而，人类心智的发展也使人们更善于欺骗对方，同时也善于揭露和看穿对方的欺骗。揭发欺骗，就是要多了解别人的心理，也就是多了解别人。这样，人类祖先的进化将形成一个反馈循环，人类的社会功能将不断改善，创造出越来越多的大脑容量。这样，人类祖先的社会形态发生了变化，占统治地位的男性越来越无法支配自己的群体，因为他们的下属越来越聪明，所以人类祖先的社会已经从黑猩猩的等级制度转变为平等制度。每个成员都用自己的头脑与其他成员互动，以确保没有人可以欺骗整个群体或试图支配。

只有当人类祖先社会变得平等时，才能充分发挥狩猎/采集生活的优势。男人可以合作打猎，把女人和孩子留在家里，而女人可以组织探险，出去寻找块茎和其他植物。后来，随着相互合作（社会化）的工具和理解，人类在大草原上开辟了一个新的进化环境。后来，随着语言文字的出现，人类可以创造更多的物质、精神和文化产品，并继承这些文明的成果。直到那时，人类才与黑猩猩等动物完全分离。五万年前，人类开始生活在现代。人类的一个特点是有一种新的思维方式——创新和发明。

进化论一直在受到挑战

但是进化论受到了挑战。主要的挑战是：我们人类是一个“意外产物”（进化论），还是宇宙是一个有目的的神圣任务（创造论）？

否定进化论的最大原因之一是以基督教为中心的西方文化。这种文化的核心是人是上帝的子民，在上帝面前人人平等。根据进化论，如果我们都是自然选择的产物，我们怎么能被上帝创造？如果我们不是上帝创造的，那么为什么人们要遵守圣经呢？因为只有当上帝以他的形象造人时，才有道德基础。