第6讲 生命的进化生物登陆

《生命的起源与进化》之启示录第一讲生命的解读

第二讲宇宙的诞生（137亿年前）

第三讲地球的诞生与神奇（46亿年前）

第四讲生命的起源（35亿年前）

第五讲生命的进化4、大地何时披上绿装?

第一次（加里东）造山运动结束（古生代志留纪末～泥盆纪初），地球发生翻天覆地的变化，原为海底的地方崛起了高山和平原，原来平静的大型湖泊变得狭小，容易干涸，出现更多的大陆和沼泽。随着沧桑巨变和水陆变迁，以及月亮引力的潮汐作用，很多水生生物可能周期性或经常性遭遇缺水，不能适应环境而灭绝。困境之五

水生生物如何应对缺水的环境

在泥盆纪之初，极少数水生生物从沼泽地带或海滩开始被迫登陆，一劳永逸。是植物还是动物先登陆？

水生植物藻类：不需长途跋涉，水一退去即可“自动”登陆，不用挪动，由泡在水里转为站在陆地上生存。藻类登陆历经半水生（苔藓）和陆生（蕨类）二个阶段。“兵马未动，粮草先行。”植物登陆需具备哪些基本条件？●

直立生长

●

输送水分和营养

防止水分蒸发

●

繁殖①具有维管组织

●木质部：有管胞或导管，向上运输水分和无

机盐；支撑植物直立生长。

●韧皮部：有筛胞或筛管，向下运输营养物质。韧皮部木质部茎横切面

②具有角质层和气孔：叶片表面的角质层可防止水分的过度蒸发。气孔帮助植物呼吸空气，调控水分和二氧化碳，以进行光合作用。

③产生孢子（生殖细胞）和配子（成熟性细胞）：脱离水体后，采用孢子生殖，借助风力传播，减少对水的依赖。孢子萌发后形成配子（精子、卵），完成受精。孢子叶和孢子囊经过漫长而艰辛的登陆“演习”，在泥盆纪早期，藻类终于打破20亿年的水生习性，摆脱了水的束缚，成功登陆，经苔藓类进化为原始的蕨类植物—裸蕨类。莱尼蕨

光蕨

工蕨

裸蕨类：无根无叶（“茎状物”），非常矮小，有利于防止水分的蒸发

。

假茎：行光合作用；有管胞和筛胞，运输水分与营养物质；茎表有角质层和气孔，调节体内水分的蒸发。

假根：固定和吸收作用。

孢子：顶端生孢子囊。

裸蕨类成功登陆后，在温暖潮湿的泥盆纪早期开疆拓土，向沼泽湿地发展，原始大陆终于披上第一丝绿意。“春风又绿江南岸，明月何时照我还”（王安石）

在泥盆纪晚期，古老大陆逐渐形成，沼泽遍布，气候继续干旱，裸蕨类最终走向衰亡，适应性更强的高等蕨类植物如石松类、楔叶类、真蕨类迅速兴起，一个崭新的绿色世界（原始沼泽森林）产生，大地从此披上绿装。高40多米,直径2-3米

真蕨类：创造出真正的根、茎、叶和孢子等陆地生活不可缺少的器官。光合作用效率大增，产生维管束（由木质部和韧皮部组成），更有效地运输水分和营养物质，并起支撑作用。

真蕨类离不开水，还不是真正的陆生植物。代纪开始时距今时间（年）动物界植物界新生代第四纪300万人类第三纪7000万哺乳类被子植物中生代白垩纪1.35亿鸟类侏罗纪1.8亿爬行类三叠纪2.25亿裸子植物古生代二叠纪2.7亿两栖类石炭纪3.5亿泥盆纪4亿鱼类蕨类植物志留纪4.4亿奥陶纪5.1亿寒武纪6亿真核生物出现（无脊椎动物）元古代18亿原核生物大发展藻类植物太古代35亿原核生物出现（细菌和蓝藻）

46亿生命起源4、大地何时披上绿装?

第二次（海西）造山运动（泥盆纪初至二叠纪末）导致地球再次沧桑巨变，大批蕨类植物被埋入地下，最终形成煤层。石油：40年

天然气：65年

煤炭：250年生物质能源：绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能、存储在生物质内部的能量。

蕨类植物的登陆和繁荣，出色地改造了地球的空气、水分、土壤。到泥盆纪大气含氧量已达现有水平（21%）。充足的氧气和食物，为海洋动物的登陆铺平了道路。可见，没有植物的登陆成功，就没有今天五彩缤纷的生命世界。5、动物何时和如何登陆?①在陆地上行走：运动器官鳍被改造成五趾型足或附肢，同时产生粗壮的骨骼和发达的肌肉，从而支撑体重并完成运动。动物登陆需具备哪些基本条件？②在空气中呼吸：鱼类等水生动物用鳃呼吸。由于空气中氧含量是水中的20多倍，动物登陆后改为气管或肺呼吸。③减少水分散失：皮肤的最外面为角质层，由数层角化细胞组成，含有角蛋白，可防止体内水分蒸发。膀胱或肾可浓缩尿液，重吸收水分。志留纪末，为了摆脱缺水环境，一些节肢动物产生气管，直接呼吸空气中的氧气；体表产生几丁质外壳，以保持体内水分，支撑身体。当水体干枯时，利用附肢和分节的身体在泥泞中艰难爬行，寻找较潮湿的地方，从而率先登陆，并向空中发展，演化成为昆虫。最先登陆的动物很可能是昆虫。经过漫长的进化，昆虫体躯分化出头、胸和腹，常具2对翅、3对足。蝴蝶兰蝴蝶飞蛾苍蝇蚊子蜻蜓最早登陆的昆虫没有翅膀，生活在沼泽森林中。在爬上树木觅食时，为避免被风刮落摔死，或被敌害捕杀，一些昆虫胸部背面角质膜向两侧突起，可作滑翔运动，逐步演变成原始翅膀。之后，朝身体小型化（蜻蜓类）或翅膀能折叠（新翅类）方向进化。昆虫为什么会形成翅膀呢？除了基本的飞行功能外，美丽鲜艳的昆虫翅膀可用来保护虫卵、当作音乐器具、用于伪装、警告对手、吸引异性，等等，可谓五花八门，隐藏着太多的秘密。昆虫在进化过程中形成了极其精确和完善的生存机制，具有许多特殊本领，可用于仿生学。

苍蝇：后翅退化为平衡棒，是“天然导航仪”。据此仿制的“振动陀螺仪”已用在火箭和飞机上，实现无人驾驶。眼睛是由3000多只小眼组成的复眼，可看到几乎360°范围的物体。仿制的“蝇眼照相机”一次能拍摄上千张相同的

相片，用于印刷制版等。蜻蜓：翅膀前缘的上方有一块深色的角质加厚区-翼眼或翅痣，可消除颤振的危害。飞机飞行时，机翼会发生有害的振动。飞行越快，颤振越强，甚至使机翼折断而坠落（气体动力学颤振现象）。在机翼前缘的远端安放平衡重锤，即可消除有害的振动。蜻蜒仅靠两对翅膀不停地拍打飞行，据此研制出直升飞机。

蝴蝶：翅膀为有色鳞片，有惟妙惟肖的保护色，在阳光下时而金黄，时而翠绿，时而由紫变蓝，在花丛中不易被发现，据此可在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装，生产出迷彩服。“儿童急走追黄蝶，飞入菜花无处寻”（杨万里）

“蝴蝶效应”：“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国德克萨斯州的一场飓风”。在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统长期的巨大的连锁反应。作为个体的人，我们的行为无时无刻不在影响他人与世界。“君子慎始，差若毫厘，缪以千里”《易经》

到了寒冷的冬天，听不到蟋蟀的歌唱，看不到蜻蜓、蝴蝶在空中翩翩飞舞，也看不到蚂蚁在地面上奔忙，大自然显得格外寂静。在这天寒地冻的季节里，昆虫去了哪里？

为什么昆虫需要冬眠？昆虫为变温动物，体温随环境温度的改变而变化。为此，不同的昆虫采用不同的方式（卵、幼虫、蛹或成虫）休眠而越冬。早期昆虫像水生节肢动物一样，大都经过卵、幼虫（水生稚虫、陆生若虫）和成虫三个阶段，称之为不完全变态，如蜻蜓、蟋蟀、蝗虫。金蝉脱壳从石炭纪末至二叠纪，第二次造山运动造成气候由温暖潮湿变得寒冷干燥。为了渡过恶劣的环境，不少昆虫如蝶、蛾、蜂、蚊等在幼虫期与成虫期之间产生蛹，称之为完全变态。破茧（蛹）化（成）蝶“人生如春蚕，作茧自缠裹；一朝眉羽成，钻破亦在我”

（陆游）“相见时难别亦难，东风无力百花残。春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。”（李商隐）只追求成长，不追求成功，让成功成为成长的必然结果，这就是通往

成功的最正确的道路。我们都见过飞舞的蝴蝶，在展翅飞翔的那一刻，它是如此美丽。但是，请别忘了，在美丽的背后，它曾经有过毛毛虫笨拙的爬行、织丝成茧的辛劳、黑暗之中的等待，以及破茧化蝶的痛苦。

昆虫：由于具有气管、翅膀和变态发育行为，在石炭纪迅速发展和繁盛，种类多，分布广。之后，成为“花之媒人”，大力促进了有花植物的繁荣，使大地更加生机盎然。代纪开始时距今时间（年）动物界植物界新生代第四纪300万人类第三纪7000万哺乳类被子植物中生代白垩纪1.35亿鸟类侏罗纪1.8亿爬行类三叠纪2.25亿裸子植物古生代二叠纪2.7亿石炭纪3.5亿昆虫类泥盆纪4亿鱼类蕨类植物志留纪4.4亿奥陶纪5.1亿寒武纪6亿真核生物出现（无脊椎动物）元古代18亿原核生物大发展藻类植物太古代35亿原核生物出现（细菌和蓝藻）

46亿生命起源飞蛾扑火：飞行方向与光源（“月光”）保持一定角度，因此，飞行过程中要不断变化角度，半径逐渐缩小，轨迹也逐渐靠近光源，好像蚊香的形状，最后接触光源，并非径直扑向光源的。冬虫夏草：蝙蝠蛾幼虫被霉菌感染后，尸体组织与菌丝结成坚硬的假菌核，在冬季干燥土壤内保持虫形不变达数月之久（冬虫），待夏季温湿适宜时，霉菌菌丝开始生长，棒状子实体露出地面，外观象一根小草（夏草）。泥盆纪中晚期至二叠纪末，陆地面积继续扩大，气候进一步干旱，有些汪洋大海、巨川大河变成河湖池沼，甚至干涸见底。泥盆纪早期石炭纪晚期刚登陆不久的蕨类植物又大多长在水边，残枝败叶落入水中，腐烂发臭，大量消耗水中的氧气。那些一贯凭借鳃和鳍在水中生活的鱼类，不是因搁浅就是因缺氧而死亡。面对恶劣的水环境，总鳍鱼不得不抛弃水生生活方式，改腮呼吸为肺呼吸，直接呼吸空气中的氧气以度过难关；胸鳍和腹鳍发展为有坚硬骨块的四肢，支撑体重在陆地上艰难地爬行，终于成功登陆。

总鳍鱼登陆成功后，开始脱离水域向陆地进发，产生新的物种—两栖动物，如大鲵（娃娃鱼）、蛙类和蟾蜍，能在水中用鳃呼吸，在陆地上用肺呼吸，有五趾型足部。

鱼石螈：是最早的两栖动物，是陆生脊椎动物的鼻祖。鱼石螈没有胸腹鳍，但有相当粗大的腿和足趾。

蛙类：受精、产卵和孵化必须在水中进行，幼体—蝌蚪用鳃呼吸，没有四肢，靠尾巴游泳，类似于鱼。经变态发育后，鳃和尾巴消失，长出肺和五趾型四肢，逐渐变成水陆两栖的蛙类。以上表明：两栖动物由鱼类进化而来，但还不是陆生动物，仅仅在陆地摆了个滩头阵地而已。在石炭纪～二叠纪，两栖动物由于具有充足的食物（昆虫、节肢动物和软体动物），亦无竞争对手，故而出现大繁荣和分化，成为动物界的统治者（“两栖动物时代”）。“黄梅时节家家雨，青草池塘处处蛙。有约不来过夜半，闲敲棋子落灯花”（赵师秀）代纪