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植物与动物的分异

按照生物的五界分类系统,植物和动物作为生物的两个高层次分类阶元,是分别从另一个阶元——原生生物界的一些不同门类中进化而来,而且与后者是呈并列关系的。

  这样的分类系统突出了生物各大阶元之间存在的从简单到复杂、由低级至高级的层次关系。

  但是,它也有不足之处。特别是没有反映现代生物的两个最基本和最进步类群——动物与植物的系统关系及其历史渊源。

  实际上,植物与动物的祖先类型不仅都可以在原生生物中找到,而且它们在原始生物中的祖先类型甚至具有一定的同一性。这种同一性在现代的一种原始生物--眼虫身上还可以找到。

 
眼虫或裸藻
 
  眼虫是一种生活在水中的单细胞原生生物。身体呈长梭形或圆柱形,前端有一个凹口,由此伸出一根鞭毛,其摆动在水中产生的反作用力能够推动身体运动;凹口的下方有一个具有感光机能的红色的眼点(眼虫的名称就因具有眼点而得)。如果把它们放在含有有机物的水中,眼虫能够靠细胞膜吸取水里的有机物“食物”,过着动物式的异养生活。这些性质使动物学家认为,眼虫是一种“原生动物”。但是同时,眼虫的细胞却又有含叶绿素的叶绿体,能够进行光合作用,自己制造营养。因此,植物学家认为,它是一种“原生植物”;由于它的细胞外面没有细胞壁,植物学家给它起了另外一个名字——裸藻。

  眼虫的这种“动物植物双重性”使许多科学家相信,动物与植物有共同的祖先——它很可能就是与眼虫类似的、某种生活在远古水域中的单细胞原生生物。在漫长的进化过程中,它们当中的某些分子伴随着基因组的变化加强了运动、摄食的结构和功能,同时逐步“丢失”了进行光合作用的结构和功能,最终生活方式转变成为完全的异养;另外一些分子则伴随着基因组的其它方式的变化向着完全自养的方式转变。前一种方式代表着最早的动物的产生,后一种方式代表着最早的植物的出现。

  原始的原生动物和原生植物分异伊始都是单细胞的,随后,它们分别向多细胞方向发展。

  在古生物学界,对植物与动物分异时间的认识是随着化石的不断发现与积累、新的研究思想、研究方法的进步以及学科交叉的相互影响而不断更新的。

  早在达尔文于1859年发表《物种起源》之时,他就同时以实事求是的科学态度提出了当时的进化论所存在的难点,其中之一就是著名的“寒武纪爆发”。

  所谓的寒武纪爆发是指科学家在距今5亿7千万年前到5亿年前的地层中发现的似乎是突然出现的众多的化石动物类群,其中包括海绵动物、腔肠动物、环节动物、软体动物、节肢动物、腕足动物、棘皮动物以及原始的脊索动物。根据这些发现,一些科学家认为这些动物在地球上是以一种爆发式的过程突然地出现在地球上的,同时,这种动物的爆发也说明了动植物分野的开始,因此他们推测,动植物分异的时间近于6亿年前的寒武纪之初。

  到了1949年,古生物学家斯帕里格在澳大利亚南部阿得雷德山脉以北的埃迪卡拉地区发现了数量众多的无骨骼的海洋无脊椎动物化石,并把这一化石动物群的时代判定为寒武纪早期。可是10年后,古生物学家格拉斯南经过对这个动物群的认真细致研究,得出了三个不同凡响的结论:(1)这个化石动物群中无论是腔肠动物、环节动物还是节肢动物,它们当中都没有发现任何寒武纪的属种;(2)这个化石群中的微体化石组成与好望角的微体化石组成毫不相同;(3)埋藏着这个化石动物群的邦特岩层有1000米厚,与它上面覆盖的寒武纪地层之间并不连续(这在地层学上叫做不整合接触),因此邦特岩层应属于与寒武纪不同的地质年代。在1960年召开的国际地质学大会上,科学界正式把这个化石动物群命名为埃迪卡拉动物群。此后进行的多种手段绝对年龄的测定表明,埃迪卡拉动物群的年代为距今6亿8千万年至6亿2千万年。1974年,国际地质科学联合会将埃迪卡拉动物群确定为前寒武纪晚期的动物群。至此,古生物学家把无脊椎动物在地球上大规模出现的时间推前了,因此动植物分异的时间也被认为比6亿年前更加久远。

  就在埃迪卡拉动物群被正确地重新认识的同时,以真核生物所形成的植物为主的植物化石的发现与研究也有了突破。1969年克劳德在美国加利福尼亚东部的贝克泉组地层中发现了生活于13亿年前的单细胞的绿菌和金藻化石;1971年舍夫和他的同事在澳大利亚苦泉组地层中发现了一些生存于9亿年前属于甲藻类、红藻类和绿藻类的植物化石。

  70年代中期以来,前寒武纪的动植物化石的发现愈来愈多。一方面,已经发现的化石群在数量上和发现地点上都有增多,例如埃迪卡拉动物群现已经在西南非、北美、英国、斯堪的维纳半岛、苏联、中国等地的前寒武纪晚期地层中先后被发现,化石群的成员由最初的5个属发展到了19个属,到80年代初则已鉴定出了56个属。另一方面,新的化石群时有发现,例如中国学者在安徽省淮南地区的前寒武纪晚期地层中发现了丰富的须腕动物和环节动物化石,其标本和内部构造的清晰、完好程度在国内外都非常罕见,已鉴定出距今7亿4千万年前的须腕 动物化石和距今8亿4千万年的环节动物化石7个属。

  须腕动物和环节动物都是属于高等的无脊椎动物,因此,学者们认为在此之前动物已有一段相当长的发展史,因此认为动植物的分野始于10亿多年前。

  20世纪70年代以来,一些学者研究了蛋白质的分子结构。蛋白质是由氨基酸组成的化合物,许多氨基酸分子以链状的多肽连接在一起组成蛋白质。一个蛋白质分子由一个或多个多肽链组成。多肽链上的氨基酸排列顺序组成蛋白质分子的初级结构。蛋白质的初级结构--氨基酸的排列顺序,不但决定了蛋白质分子的二级、三级、甚至四级结构,而且从初级结构的差异可反映出不同物种之间的遗传差异和物种之间的亲缘关系。

  迄今为止,科学家们已经弄清了数百种蛋白质分子的初级结构,所建立的分子进化系统与传统的分类系统基本吻合。这说明生物物种的分子进化和形态进化基本上是一致的。1982年,分子生物学家柳思尼考选择了在大多数无脊椎动物和全部脊椎动物中都存在的血红蛋白和肌红蛋白进行研究,结果表明无脊椎动物至少在10亿年前就已经出现了。另外一些学者对细胞色素C的研究则表明,地球上动植物的分异时间甚至远在13~12亿年前。
 

 
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