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《普遍进化论》连载之 6

《普遍进化论》连载之 6
   (纽约明镜出版社2009年11月出版)

第五章 嘴的起源和動物起源


   

§5•1太阳能生命世界和地热能生命世界


   藻类和绿色植物都没有嘴,就是动物并不都有嘴。海绵附着在海边的岩石上,看上去不动,但海绵是动物,这是没有嘴的动物。地球上的生命没有嘴也能活,为什么还要产生出嘴來呢?
   
   
   
   (图5•1•1)八目鰻的嘴
   
   
   为了探讨有嘴生物的起源,这里从生物的能量来源談起。
   一切生物的生存都离不开能量。光合作用,捕获和吃掉食物是从外界取得能量。新陈代谢,运动等要消耗能量。生物体是一种碳基能量转换装置。
   按照能源的来源來分类,地球上的能源可以划分为三类。第一类是太阳辐射能及其产物,包括煤炭、石油、天然气等化石燃料的能量,活着的和死去的动植物、微生物有机体內储存的化学能、风力、水力、海洋环流中的能量。第二类是来自地球内部的能量,包括地热能和核能。第三类是地球与其它星球因相互作用而形成的能量,主要是地球与月球之间因引力而形成的潮汐能。风力、水力、海洋环流中的能量、潮汐能、化石燃料的能量、原子核能都不能直接为生物体利用,不能使它们直接转变为生物体内的化学能。太阳辐射能、活着的和死去的动植物、微生物有机体內储存的化学能和地热能能够直接为生物体利用,这样,就形成了地球上生物的不同分支系统。
   在生物界,按照生物生长时所需营养物质性质的不同,可把生物分为“自养生物”和“异养生物”两大类。所谓“自养生物”,是指生长时以简单的无机物作为营养物质的生物。“异养生物”是指生长时需要复杂的有机物作为营养物质的生物。
   太阳辐射能主要通过蓝藻和绿色植物直接利用。蓝藻是原核生物,在地球上已存在30-35亿年了。蓝藻是最早进行光合作用的生物,它对地球表面从无氧的大气环境转变为有氧环境起了巨大作用。绿色植物是真核生物,它通过光合作用把太阳辐射能转变为自身的化学能,当然是“自养生物”。细菌按能量来源可分为“光细菌”和“暗细菌”。 蓝藻就是一种“光细菌”,是“自养生物”。 “暗细菌”中有的是“自养生物”,有的是“异养生物”。 “暗细菌”中的硝化细菌(Nitrobacteriaceae)以氧化氨或亚硝酸为能源,属于“自养生物”。那些以有机物为能源的“暗细菌”则是“异养生物”。 以地热能为直接能源的生物也是“自养生物”。 植食动物吞吃绿色植物,肉食动物捕杀植食动物,它们利用食物中的能量维持自身的生命活动,同那些以有机物为能源的“暗细菌”一样,都是“异养生物”。
    长期以来,人们认为, 异养生物靠有机物提供能源, 一切生物的能源归根到底只来源于太阳辐射能。现在知道,地球内部的热能是地球上生命的另一大能源。太平洋东部加拉帕戈斯群岛南方山脊的海底火山,在热水喷口和近旁的岩石裂缝中,聚集着大量细菌。这些细菌属于暗细菌纲的化能无机营养菌,它们以地热能为能源,以无机化学物质为原料。一种周身长10厘米,体长3、4米的巨形蠕虫(图5•1•2)依靠这些化能无机营养菌为食。在蠕蟲旁,还有巨辦蚌和一些不知名的鱼类。蠕蟲既无口又无內臟,在尖端生长着一些羽毛狀的触鬚,以捕捉细菌。人们又发现,在地壳深处的岩芯中,也存在着大量的微生物。地熱能生命世界也許存在于許多有地熱、有水、有碳元素的地方,這是一个有待探索的、与太陽能生命世界同樣重要的生命世界。
   
   
   (图5•1•2)海底火山附近的巨形蠕蟲
   
   
    生命存在于一定的温度、濕度和物質環境中,但都離不開能流。微生物与其它生物之间的共生、寄生、附生是這些维生物获得能量的根本途徑。地衣(lichen)是一种典型的、兩类微生物――藻类和真菌的聯合體。藻类营光合作用,吸收光能产生有機物爲共生的真菌提供能源。地衣有同層型
   
   
   
   (圖5•1•3)異層型(左)和同層型地衣(右)
   
   
   
   和異層型兩種類型。異層型地衣有一藻層,藻層以下是一層由真菌菌絲组成的髓層。同層型没有藻層、髓層之分,藻類散布在真菌菌絲组織中。所以,藻類和真菌在地衣中互爲生存環境。
    除藻類和真菌外,細菌、放缐菌、病毒、立克次氏體、枝原體、衣原體、原生動物都屬于微生物。自然界中廣泛分佈著各種微生物。各種水域、土壤、動植物體內、體表、都是微生物的生存環境。空氣中也存在微生物,但空氣中不適宜微生物増殖。土壤中,特别是植物根部周圍,含有多種微生物。生活在動植物體內的細菌,把動植物軀體作爲自己的生存環境。噬菌體以細菌爲宿主,細菌本身成了噬菌體的生存環境。
     地球上的生命體,主要包含碳(C),氢(H),氮(N),氧(O),磷(P),硫(S)六種元素,這六種元素通過各種复雜的组合形成蛋白质、核酸等成千上萬種分子。包含特殊信息的能量經CHNOPS物質的流動,就形成細胞或其它生命體形式的秏散結構。
   

§5•2无嘴生物和有嘴生物


   对动物和人类來說,嘴和性一样重要,前者用于维持生存,后者用于繁殖。对人类來說,嘴还有更多功能,嘴也是说话的器官。正象有许多生物没有“性”一样,也有许多生物没有“嘴”。
   按照有没有嘴,生物可以分为“无嘴生物”和“有嘴生物”。“自养生物”依靠太阳能作为能源,一般來說不需要嘴,不过,捕蝇草能捕捉昆虫,当昆虫触动叶子内表面上的绒毛時,叶子就会迅速合拢,把昆虫包起来慢慢“消化”。但捕蝇草的叶子不是“嘴”(图5•2•1)。
   病毒、古细菌、真细菌、真菌、植物属于“无嘴生物”。动物是“有嘴生物”,单细胞的原生动物为了摄取食物,食物的入口处有类似“嘴”的功能,可以视为原始的“嘴”。所以,原生动物也可以包括在“有嘴生物”范围內。
    变形虫、草履虫是典型的单细胞的原生动物。变形虫遇到食物時,使自己的细胞形状变形,用细胞膜把食物包住,形成“食胞”,然后,往“食胞”內分泌消化液。变形虫的“嘴”是遇到食物临时形成的,这是不定型的“嘴“。草履虫的“嘴”是一个漏斗形的口沟,在草履虫身体上有定型的部位。口沟周围有许多纤毛,纤毛划动水,把水中的食物帶入口沟(见图5•2•1)。
   
   
   (图5•2•1)捕蝇草
   
   
   
   动物之所以需要“嘴”,是因为动物是“异养生物”,需要把有机物送入“嘴”內。但并不是所有“异养生物”都有“嘴”, 真菌是没有“嘴”的“异养生物”。 真菌不把食物“吃”到体內,而将菌丝插入食物内部,把食物在真菌体外分解并通过菌丝吸收有用的成分。因此,作为异养生物的真菌不需要“嘴”。植物是“自养生物”,不靠有机物为生。植物通过光合作用把光能转变为化学能,以葡萄糖等有机物储存在植物体內。由于植物、真菌、动物三者“谋生方式”——--取得能源和营养源的方式的不同,植物通过叶子吸收太阳能,讓叶子拼命向空间各个方向伸展,植物没有固定的形体,灌木、乔木、攀缘植物、浮萍、苔藓,哪里有阳光,哪里有水和营养,哪里就有植物。真菌不需要阳光,而且害怕阳光,哪里阴暗潮湿,哪里腐败,哪里就有真菌。动物靠植物和有机物为生,为了寻找食物,动物不仅有“嘴”,而且需要移动自己整个身体。为了移动自己整个身体,动物就不能象植物那样,不定型地向四处生长,因而,动物都有自己的特殊的体形和身体构造。撇开腐败的真菌不談,地球上之所以存在动植物的分野,是因为动植物的能源和营养源不同,一个无须四处奔忙,一个必须到处寻找。
   

§5•3 运动和行为


    植物并非完全没有运动,植物细胞和动物细胞一样,有各种各样的运动。植物还有生长运动。向日葵的花会向着太阳运动,牵牛花的莖的末梢在黑暗中会作回旋转头运动。食虫植物除靠叶绿素固定太阳能外,还靠捕捉昆虫來补充营养,食虫植物的捕虫器能作快速运动。但植物不能依靠自己移动根部的位置,植物不能行走和逃跑。
   这里不談植物的运动。动物不仅能运动,而且有行为。无生命物质的运动和微生物、动物行为有很大不同,行星运动、飓风、海流、潮汐、降雨、分子、原子、电子的运动、电磁波的传播都是无生命物质的运动,这些简单运动都是有规律的运动,可以用数学方程來描述。微生物、动物的行为也是运动,但这种运动按物种和个体的不同而不同,因微生物、动物行为的极端复杂性,至今还找不到一种数学工具來描述它。刘斯易• 托马斯(Lewis Thomas,1913-1994)引用一篇报道說:“同种的能动微生物,其个体的游动行为各不相同,颇象一个个性情孤僻、行为乖张的怪人。在它们寻找食物的时候,有的会歪歪扭扭地向一个方向前进,行进确切的几秒鐘後,嘎然而止;而其他的细菌则以不同的方式歪扭前进,行进不同的个有定数的时间。”(注)微生物如此,一般动物行为更复杂了。动物的捕食、哺育、生殖、逃避、社会行为中都有无数固定动作模式,而不同个体之间还有种种差异。
   
   (注)刘斯易• 托马斯:《水母与蜗牛》,李绍明译,第2页,湖南科学技术出版社,长沙,1996年
   --------------------------------------------
    微生物、动物行为与无生命物质的运动非常不同,微生物、动物行为是“自主运动”,对“有脑动物”來說,这种运动是难以预测的,人类行为更难预测。體操、劍術、跳水、舞蹈的優美動作,既有規律,又復雜多變。音樂是通過“發聲”的動作形成的,想一想鄧麗君悅耳的歌聲吧,想一想貝多芬的“第九交響曲”吧,在“無生命世界”中是不可能存在的,就是“動物世界”,鳴禽的大合唱也不可能創造出一個交響曲來。看一看一個個死寂的星球表面吧,没有“上帝创造”,没有外来干预或介入,怎么会由星球表面的物质演化出、产生出一些动物來呢?更不要說交響曲了。地球上动物起源问题,象生命起源问题一样,是一个需要不断探索的问题。

§5•4 细胞的运动性


   
   当我们談起动物能作出各种各样行为时,我们就会想起动物的脑,认为是脑指挥动物运动。事实上,许多动物没有脑。没有脑的水母、单细胞的草履虫、变形虫也不停地运动着。动物运动的根源在于细胞本身都有运动性,细胞的运动有兩种,一是细胞的整体运动,二是细胞內的物质流动。细胞运动的根源可以追溯到巨量大分子构形的变化。

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