《阿西莫夫最新科学指南-下 [美]》

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阿西莫夫最新科学指南-下 [美]- 第58节


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批从海里来的新客是硬骨鱼,属于总鳍亚纲。它们当中有一部分
迁移到还不拥挤的海域,例如腔棘鱼,当 
1938年科学家发现它们
还活着时,大为惊讶。

鱼类上到陆地最先是为了取得氧。因水中的含氧量降低到无
法生存下去时,那些能够探出头来有效地呼吸空气的鱼,最有利于
生存,因为空气中氧含量极多。若再能储存吸进来的空气,生存的
机会就更大,故在肠道上就进化出可以装空气的囊袋,有的就成了
简单的肺,进化而产生出所谓的有肺鱼,这类鱼目前还有少数几种
生存在非洲与大洋洲,它们生活在不太流动的水中,若是一般的鱼
早就憋死了;甚至在夏季水完全干涸时,它们也能安全度过。有的
鱼即使能忍受海水中氧气的不足,也具有充满气体的气袋,但这不
是供作呼吸之用,而是用来增加浮力的,这表明它们也是从古老的
有肺生物进化而来的。

在有肺的鱼当中,有些进化到能完全离开水生活,其中以具有
强壮的鳍的总鳍鱼类最突出,因为它们在没有水的浮力时,便以鳍
足来支撑身体。到了泥盆纪末期,有些总鳍鱼已可以用粗短的四
肢摇摇晃晃地站在陆地上了。


第十六章 物 种

第十六章 物 种

紧接泥盆纪之后是石炭纪,这个名字是 
C。赖尔定的。他定
这个名字是有原因的。因这段时间(大约 
3亿年前)丛林浩瀚,这
时可能是地球史上沼泽森林最茂密的时代,后来森林被埋在地底
而成为煤矿床。这个时期是两栖类的时代,成长后的总鳍鱼已完
全生活在陆地上了。其后是二叠纪,爬行类在此时开始出现,中生
代也是从这时开始;后来爬行类几乎占据了整个地球,所以中生代
也称为爬行动物代。

中生代又分为三个时期——三叠纪(分布三个地层)、侏罗纪
(以法国侏罗山命名)和白垩纪。三叠纪时恐龙大量发生,在白垩
纪时达到高峰,那时,地球上有史以来最大的食肉动物霸王龙四处
横行。

侏罗纪时,早期哺乳动物及鸟类分别由不同的爬行类衍生出
来,但是数量不多,也没有到达鼎盛期。白垩纪末期,所有的恐龙
在不很长的时期内就完全消失了,其他一些不是恐龙的大型爬行
类也是如此,例如,鱼龙类、蛇颈龙类、飞龙类,前两类属海生,后一
类有翅膀。此外,有几类无脊椎动物也跟着消失,如菊石(是现存
鹦鹉螺的近亲),还有很多小型个体的生物也多灭绝了。

据估计, 
75%的生物种类在大灾难及白垩纪末期都死光了,而
存活下来的 
25%的种类中,大多数也都死了,所以以个体总数来
计算,死亡的占 
95%。究竟发生了什么灾难,使地球差点生命绝
迹呢? 


1979年,美国古生物学家阿尔瓦雷斯率领研究队伍,设法测
出古代地层的沉积速率,他们在意大利中部沿着岩心,用中子活化
技术探测岩层的金属含量,结果发现,其中有一种金属——铱。奇
怪的是在地层的某一薄层岩石中,铱的含量比紧邻的上下岩层高
出 
25倍。

这些铱从哪儿来的呢?是否因为沉积速率忽然大幅增高?或


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者可能是来自地球以外?陨石所含的铱及其他几种金属,比地球
上的丰富,而这一薄层岩石所含的铱及其他几种金属,也和陨石中
的一样丰富。阿尔瓦雷斯怀疑是因为流星撞击,但又找不到碰撞
造成的坑洞。

后来,阿尔瓦雷斯继续调查发现,地球上富含铱的地层有的相
隔很远,但都在相同年代的岩层里。因此,他推想有个巨大的流星
坠落,在强烈撞击下,大量物质喷洒到大气层中,然后再慢慢散落
在整个地球上。

那么这又是什么时候发生的呢?含铱丰富的岩层年代,大概
是在 
6 500万年前,那时正好是白垩纪结束之时。很多地质学家
和古生物学家(但并非全部)相信这样的说法:由一个直径长达 
10
公里的巨大星体在白垩纪末和地球撞击,形成大灾难,导致许多恐
龙和其他生物一时间大量死亡。

与此类似的撞击很可能是周期性发生的,每次也都造成大灾
难,以白垩纪末的这一次最严重,因而最容易观测到并可以仔细加
以证实。当然,类似的现象将来可能还会发生,因为空间还存在有
许多流星,除非人类发展出特殊能力,能在流星尚未撞击到地球之
前就把它毁灭。确实,现在看来大灾难似乎每隔 
2 800万年发生
一次。1984年,科学家们推测,太阳有一颗伴星,每隔 
2 800万年
就侵入近日点,使彗星云层分裂并将上百万个碎片散布到太阳系
内部来,有些必然会撞击到地球。

这一撞击会立即把附近地区毁掉,但对整个地球的影响更大,
大量的灰尘会升到平流层,笼罩着大地,使地球陷入漫长的黑夜
中,光合作用也因此而中止了。 


1983年,天文学家萨根及生物学家 
P。 R。埃尔利希曾经指出,
若发生核战争,只要现有核武器的 
1/10,就足以引起一场人为的
寒夜,持续之久,可以使人类消灭殆尽,这场浩劫不是人类能承受


第十六章 物 种

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得了的。

然而不论是由什么原因导致白垩纪末期爬行类的灭亡,都意
味着新生代哺乳动物代的来临,并且一直延续到今天。

生物化学上的变化

所有生物都是由蛋白质构成的,而各种蛋白质所含的氨基酸
也都相同,这个事实在一定程度上证明了现代生命的统一性。最
近,同样的证据表明,我们和以前的生物之间也具有这种共同的特
性。一门新的科学——古生物化学,开始于本世纪 
50年代末期,
当时发现在一些 
3亿年前的化石中含有蛋白质的遗迹,其氨基酸
组成和现代的完全相同——甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、谷氨
酸、天门冬氨酸等,没有任何一种和现代的氨基酸有所不同,而且
碳氢化合物、纤维素、脂肪和卟啉,也都和目前的完全一样。

借助目前的生物化学知识,可以推测出一些生物化学上的变
化在动物进化过程中所起的作用。

首先研究含氮废物的排泄。很明显,排泄这些含氮废物的最
简单的方法,就是以氨分子的形式排出。因为氨分子小,容易通过
细胞膜渗透到血液中,而氨的毒性极强,血液中氨浓度只要超过百
万分之一就会致死。这对海水中生活的动物不成问题,因为它可
以经由鳃把氨不断地释放到周围的海水中,但是陆地上生活的动
物就没有这种能力。如果要把不断生成的氨由尿中排出去,那么
动物就会失水而死;所以陆地上的动物所排泄的含氮废物,必须是
毒性较低的尿素。这种尿素物质在血液中浓度高达 
1%也不会有
危害。

现在的鱼类所排泄的含氮废物就是氨,蝌蚪也排泄氨。但蝌
蚪到成长为青蛙,便改为排尿素。生物由水生到陆生,这种化学上
的变化和由鳃变为肺是同等重要的。


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当总鳍鱼类登上陆地,慢慢变成两栖类时,这些生物化学上的
变化,应该就已开始。因此,有充分的理由使人们相信,生物化学
上的进化和形态进化占有同样重要的地位。

由两栖类到爬行类,还要经历一段重要的生物化学变化。爬
行类的卵中,水分有限,如果胚胎中也是排尿素,一定会造成卵内
的浓度太高,解决这个问题的方法就是改为生成尿酸,而不是生成
尿素。尿酸是一种嘌呤分子(与细胞核酸中的腺嘌呤和鸟嘌呤相
似),不溶于水,因此可以以小粒晶状析出,这样就不会再进入到细
胞中产生危害了。

成长为成体以后的爬行类,仍旧排尿酸,但没有一般的尿液,
而是以半固体状态由排粪便的出口排出,这单一的开孔称为泄殖
腔。

鸟类和卵生哺乳类的卵,和爬行类相似,仍保留泄殖腔和排尿
酸的机制。事实上,卵生哺乳类也叫做单孔类(分类上也叫做单孔
目),就是这个缘故。

有胎盘的哺乳类的胎儿,可间接和母体的循环系统相连,胎儿
产生的含氮废物很容易被冲淡,因此是以尿素形式转到母体血液
中,由母体的肾脏排出。

成体以后的哺乳类,要大量排出尿液以除去尿素,因此有两个
分开的出口:一个是肛门,排出固体的食物残渣;另一个是尿道
口,专门排尿液。

事实上,所有生命都是有其共通性的,然而种与种之间,还是
存在有分类系统上的、可发现的小变异,由上面所提含氮废物的排
泄,便可略知其一二,而且随着种类间进化关系相差越远,差异也
就越大。

例如,动物的血液能产生抗体,用以抵抗某些外来的蛋白质,
如人类血液中的蛋白质。如果将这种抗血清单独分离出来,会和


第十六章 物 种

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人类的血液凝集,产生剧烈的反应,但是如果和其他种生物的血相
混,就不一定会起作用(谋杀案中常借用此法鉴定血迹是否为人类
的)。有趣的是,能和人血起剧烈反应的抗血清,只会与黑猩猩血
液起微弱的反应;而和鸡血能起强烈反应的抗血清,也只能很轻微
地和鸭血起反应。因此,从抗体的专一性可以指示生物间的亲缘
关系。

由血清试验可显示复杂的蛋白质分子间有些微小的差异,在
亲缘极近的种类之间,差异更小,甚至于其血清反应相同。

本世纪 
50年代,生物化学家极力研制能精确分析蛋白质的氨
基酸结构的技术,因而使利用蛋白质结构来分类的方法得以快速
发展。 


1965年发表了一份详细研究灵长目的各类型血红素分子的
报告,其中也包括人的血红素。在血红素中有两种肽链:一种为 
α
链,在各种灵长目动物中差别极小;另一种为 
β链,有较大的差别。
其中有一种灵长目动物的 
α链,只有 
6个氨基酸和人类的不同,而 
β链则有 
23个氨基酸和人类不同。根据血红素分子的差异判断,
人类大约在 
7 500万年前和其他猿猴分化出来,这时也正是马和
驴的祖先分化出来的时候。

凡是需要呼吸氧的生物——植物、动物和细菌,其细胞内部都
有细胞色素 
C,这种细胞色素 
C是一种含铁的蛋白质,由 
105个左
右的氨基酸组成。分析不同种类的细胞色素 
C的分子,发现人类
与恒河猴之间只有 
1个氨基酸不同,而人类和袋鼠则有 
10个氨基
酸不同,和鲔鱼有 
21个不同,和酵母菌则有 
40个不同。

借助电子计算机分析,科学家推算出每改变一个氨基酸平均
要经历 
700万年的时间。根据这样的估计,可以计算出某一种生
物是在多少时候以前从其他生物中分化出来的。由细胞色素 
C
的分子推算,较高等的生物和细菌大约在 
25亿年前就分开了(换


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句话说,在那以前,可能有某种生物可以说是所有真核生物的共同
祖先)。同样, 
15亿年前植物和动物还有共同的祖先; 
10亿年前,
昆虫和脊椎动物的祖先也相同。因此必须
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