生命进化的根本原因

从前一节的讨论,我们可以看到达尔文进化论的魅力,它对生物界的所有现象给出了统一的解释:生物的一致性可以用一个共同的祖先来说明,物种多样性是进化适应的结果。达尔文的自然选择理论可能无法解释当今世界从一个物种到另一个物种的变化,但新发现的知识和越来越多的古生物学证据是达尔文一般进化论的完美证据。达尔文的进化论,作为对生命进化的一般解释,也越来越被巩固。但现在有一些不可告人的科学界利用达尔文主义的一些局限性来否认这一点,最终想通过伟人的价值来提升自己。我对这种做法感到非常不舒服。牛津大学的理查德·道金斯(Richard Dawkins)教授在他1994年出版的《伊甸河》(The River of Eden)一书的开头写道:"从某种意义上说,我所有的书都致力于阐述和探索达尔文进化论的无限强大原理。只要有足够的时间让原体复制结果,达尔文主义的力量就会随时随地释放出来。"我的文章也是基于进化论的一般理论。至于比较高级的进化论,由于我的知识,以后只有一般性的讨论,希望抛砖砸砂浆,为生物学家研究生命进化理论提供一个参考点。
在上面关于生命进化的讨论中,我想提请注意一个名词 - 结构。随着生命的进化,生命的内在结构也在进化。从最早的单细胞生命进化到一个多样化和协作的多细胞群体。这些不同的和协作的多细胞群逐渐分化成细胞,如心脏,肺,肝脏,皮肤,眼睛和大脑。结果是由不同器官,组织和系统组成的生物有机体的复杂结构。结构在生命的进化中变得越来越复杂,不同层次的生命形态之间的结构反映了从低级到高级,从简单到复杂的进化基础,尽管海洋浮游生物等单细胞生命结构仍然存在,这解释了环境选择在生命进化中的作用。因为它们在那种环境中没有进化就生存下来。这种推动力对于生命的进化是必要的,但它是一个外部原因。在讨论生命进化的本质原因之前,我想提请注意另一个重要概念:能量。
如果我们抛开复杂多样的生命外在形式,探索生命内在结构发展规律,就会发现,生命结构从简单到复杂的演变的唯一目的,就是提高自身对能量的利用效率。在生命进化过程中,如果一个新的物种或物种获得了某种改进,使其更有效地利用物质能量,则有可能将旧的或不变的物种排除在竞争之外,从而导致一方的灭绝和另一方的进化(见图)。
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捕食者器官的进化改进--->捕食者的数量增加,捕食者的数量增加
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新的进化改进———————— ——————捕获的食物群体数量减少
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灭绝<----新进化<----捕食者种群的减少
- 小,减少数量,改进 -
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现代生物学的观点表明,生物体是一种不平衡、开放和有序的消散结构。为了使有机体维持自己的秩序,它必须不断地从外部世界汲取物质和能量,以保持自己处于低熵状态。生物进化认为,生物世界的顺序在不断改进,从简单到复杂,从低级到先进,并朝着高度有序的方向发展。获得有效能量的能力增加将使生物体获得更有效的能量,从而使平衡状态远离并获得更高的阶数。因此,生命进化的本质原因是生物体通过残酷的生存竞争获得更高的有效能量的能力,从而在自然选择中脱颖而出,成为进化的主流。总之,生命进化的本质是改善生命内部结构,提高能量的使用效率。这可以通过生物体任何一种内部结构的简单到复杂的发展来证明。让我们分别谈谈消化系统,循环系统和神经系统。
就动物的消化系统而言,原生动物变形虫只消化食物气泡,包围食物并消化它。蚱蜢为口槽发展出简单的进食和消化结构,并从肛门点排出废物。海绵动物体内有小孔和大洞让水流进来,但中央通道还没有发展成真正的消化道、食物消化或变形虫的方式。
蛀牙动物如水獭,它的口腔既是口腔的食物又是排泄物,它的肠道是最原始的消化腔。肠内壁有两种类型的细胞:一种仍然使用变形虫和海绵用细胞包围食物以消化它,另一种分化成消化腺,这是包括人类在内的动物消化食物的常见方式。这种消化食物的方式效率更高,直接有助于生命的进化。这种进化也是由于生物体进化自由运动的能力,以提高它们的觅食能力。
以动物氡等三个胚层动物为纽带,身体的正面和背面都有开口,进食口和肛门的排泄是分开的。消化系统贯穿全身,消化道胃和肠之间没有明显的区别,它前面有一个沙囊,沙囊后面的一长段既是胃又是肠。
开发到最高水平的节肢动物昆虫在无脊椎动物中,生产各种不同的口腔工具,适合啃咬和咀嚼,并适合穿刺和吸吮。昆虫的消化道不易区分胃和肠,沙囊经过一小段后可算作胃,后一段后肠可算作肠。
由于骨骼的出现,生物体获取食物的能力大大提高。更多的食物直接需要改善脊椎动物的消化系统,此时脊椎动物的消化道在食道,胃和肠之间有明显的区别,后来是肠和大肠。肠胃的分化使食物的消化更加精细,食物中生命能量的利用效率大大提高,为促进体内其他系统的发育和进化奠定了基础。最低等候的脊椎动物圆嘴种没有下颚,直到鱼能主动进食。鱼的嘴里有小而锋利的牙齿,结构原始,用来咬食物,然后用舌头等辅助器官将食物喂入喉咙。后来的两栖动物和爬行动物具有相似的进食模式和牙齿结构。
哺乳动物的消化系统已经从根本上进行了改造,它们的牙齿分为门牙、犬齿、前臼齿和臼齿,各有不同的功能,能使食物在口中首先进行初步加工,便于胃肠道消化吸收。母乳喂养胃肠道也有所演变。变得更加先进和复杂。这些进化导致哺乳动物在同一食物中可以获得的能量显着增加,直接有助于其他系统的进化,特别是循环系统的进化,这反过来又促进了生物体获得有效能量的能力,并且是神经系统进化的基础。
随着动物的进化,动物的血液循环系统也从零开始进化,从简单到复杂。低等动物,包括头胎、海绵和肠道动物,没有循环系统。只有以飞蛾和链接动物(如氡)的形式出现管状血液循环系统。但并非没有单独的必做之事,而是几对环状血管连接在背部和腹部两侧的两条垂直血管中的一个身体部位特别粗壮,有弹性,可以帮助血液输送,这些环状血管也可以称为心脏。
对于软体动物来说,有一个单独的心脏,分心室以及心脏和耳朵。心室具有驱动血液循环的收缩力。但它的动脉和静脉没有直接连接,血管也不是完全封闭的。动脉血流向身体各个部位的鼻窦,然后汇聚成静脉,即所谓的开放循环系统。节肢动物和针鼹也是开管循环系统,对脊椎动物来说,随着消化系统的进化,生物体已经进化出了一个比较完整的闭管血液循环系统。
圆嘴和鱼的心更简单,只有一个心房和一个心室。鱼的心脏充满了氧血症。心室将缺氧血液送入氡气交换,变成含氧血液,送到身体的各个部位,变成缺氧血流回心脏。这种血液循环称为单循环。
从两栖动物开始,因为空气中的氧气比水中更容易吸收,动物血液循环变成双循环,或者说是身体和肺部循环,在更有效的新陈代谢的基础上,但两栖动物和爬行动物是不完整的双循环。心室分离不完全,因此这两只动物心脏中的血液仍然浑浊混合,代谢率不高。
母乳喂养是一个真正的双循环,心脏分为两个心房两个心室,含氧血液和缺氧血症不再混合。完整的双循环使哺乳动物脊椎动物的身体结构和功能更容易得到改善。机体循环负责输送氧气、营养物质和代谢废物,而肺循环负责气体交换,使血液供氧充足,为保持恒温和旺盛的新陈代谢创造了条件。这种进步直接受到消化系统进化的推动,分化的牙齿和更先进,更复杂的胃肠道结构是确保哺乳动物获得更多能量的基础,同时也直接有助于循环系统的进化。也可以看出,各种生物体系的进化并不是孤立的,而是互补的、相辅相成的。它还包括神经系统的进化。
让我们来看看神经系统的进化。如上所述,它的进化不是孤立的,而是与其他系统互补并相互作用的,其进化的根本原因是生物体获得能量的能力增强。在人类中,神经系统已经进化出一种自我意识的思考能力,这是由食物的革命性变化驱动的。人类之后神经系统的进化仍将遵循提高获取能量能力以促进进化的基本原理。
神经系统的起源是生物刺激感测,所有生命形式都有刺激感。即使是植物和最简单的原生动物也具有刺激性感觉,例如变形虫的摄食活动,它直接作用于生物体的任何部分(细胞原生质),并在不区分特殊的"感觉 - 反应"机制或神经系统的情况下引起整体反应。
所谓神经系统,就是多细胞动物体内用来协调每个细胞反应的系统,使每个细胞的反应不会发生混乱无序。这些动物通常使用神经系统的反射活动来显示刺激诱导。进行反射活动的某种神经途径称为反射弧。高等动物的反射弧具有特殊的"感觉 - 反应"机制,由三部分组成:一是感觉机制,包括与中枢神经系统相关的受体和传入神经纤维;在这样的反射弧中,感官引起各种感觉,肌肉引起运动,传入和传出的神经纤维通过神经中枢在感官和肌肉之间建立连接。
高等动物的神经系统也是低等动物简单神经系统向上发展的产物。
据我们所知,肠道动物已经开始分化神经细胞,这些神经细胞相互连接成一个网状物,分布在身体的各个部位,称为弥漫性神经系统。它在身体的任何地方受到刺激,整个身体都可以引起反应,称为广义反射。众所周知,水母等肠道动物已经进化到能够自由移动,并且自由运动使肠道动物能够积极地游到食物丰富的地方,从而获得更多的能量,这是由更多的能量产生的,以促进神经细胞的分化。晚年的进化说明了这一点。
从那时起,神经系统在相当长的一段时间内缓慢进化,逐渐出现神经结和复杂的感觉器官,如眼睛,触手等。以最简单的脊椎动物如圆嘴鱼、鱼和两栖动物都从大脑的头部神经段冒出来,虽然结构简单,但已经分化了十对脑神经。大脑的外观仍然更有效地促进能量。如前所述,从软件到脊椎的进化是生命进化的里程碑,随着自由张开和闭合的嘴巴,生命吸收能量的能力得到了极大的提高。通过蠕动,由于肺部的存在,新陈代谢在完全自由的空气中进行,生命获得能量的能力进一步增强,神经系统进化出十二对脑神经,大脑皮层已经出现。大脑皮层是分析合成高等动物各种刺激的场所,是高级神经活动的指挥,直接或间接地控制着高等动物各种器官的生理功能。但爬行的大脑还很小,几十吨恐龙,大脑还不到半公斤。说到哺乳动物,神经系统比爬行动物进化得更远。不仅大脑体积增加,而且大脑皮层中的凹槽更加复杂,因此它们的感觉和反射更加敏感。它的进化不是孤立的,而是随着人体其他系统相互联系,相互促进,如上所述,到哺乳期,消化系统已经从根本上进行了改造,它们的牙齿分化成门牙、犬齿、前臼齿和臼齿,具有不同的功能,可以使食物先在口中进行初步加工, 易于消化和吸收。母乳喂养胃肠道也有所演变。变得更加先进和复杂。循环系统也发生了根本性的变化,有了真正的双循环,心脏分为两个心房和两个心室,含氧和缺氧血液不再混合。完整的双循环使哺乳动物脊椎动物的身体结构和功能更容易得到改善。机体循环负责输送氧气、营养物质和代谢废物,而肺循环负责气体交换,使血液供氧充足,为保持恒温和旺盛的新陈代谢创造了条件。所有这些革命性的进化,以及其他一些有益的进化,为哺乳动物神经系统的进化做出了贡献。
人脑是生物进化中最显著的产物,它的重量不是太大,平均是一个。四公斤,但大脑皮层又回来了又深,很复杂,是人类意识和智慧的发源地。意识和智慧是人类与其他动物区别开来的基本特征。大脑的这种进化也是由于人类获得能量的能力增强,但我们可以与人类和其他哺乳动物相比找到它;我们的牙齿和指甲没什么用处。我们的感官没有什么可夸耀的。我们的视力不如大多数鸟类好,我们的听力不如蝙蝠好,就嗅觉的作用而言,一只鼻子没有空气的狗会让我们崇拜风。那么,为什么类人猿获取能量的能力会产生思维并进化成人类呢?