【地球演义】第十七回 延展纪-生命大和谐

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  延展纪的地球,大氧化事件已经过去了14亿年,大气层中的氧气含量逐渐攀升到4%左右。陆地上一片荒凉,没有任何生命。裸露的岩层在强烈的日光下灼烤。不幸被海水冲刷到岸上的生物都会很快死于脱水和辐射。要到10亿年后,才会有最早的陆生动植物出现。

  与此相反,海洋中一片生机勃勃。植物已经演化出大型的藻类,攀附在浅海的岩礁上,形成颇为壮观的水下森林和草原。原核生物依然繁茂,大片的叠层岩不断被建造出来,成为水下的丘陵和沟谷。相比之下,此时的动物还是一群不起眼的小角色。即使是多细胞动物,也不过是一块只会伸缩变形的细胞团而已。既没有鲜艳的色彩,也没有强劲的力量。附着在海藻和岩石上吞食一些单细胞生物。

扁盘动物门(Placozoa)非常接近最早的多细胞动物,它们是一群变形细胞组成的细胞团,没有组织和器官的分化,像变形虫一样运动和捕食。

  除了生存以外,生命还有一个更重要的使命:繁殖。对单细胞生物来说,这并不困难。把遗传物质复制一份,就像祖先化学生命那样,然后把遗传物质和细胞质平均分配一下,再把细胞一分为二,就搞定了。多细胞生物也可以沿用这个方法,而且更简单,连细胞分裂都不用,直接把身体裂成几块,然后每块成长为一个独立的个体。或者在身体上长出几个芽,等芽长大到一定程度,从母体脱离,成为新个体。

  这些方法虽然简便,但有一个缺陷,那就是所有新生的个体,从遗传基因的角度来看都是母体的复制品。如果母体不能适应环境的变化,那么无论繁殖多少新个体(这样的新个体不叫子代,叫无性繁殖系),都没有意义。只有那些因为种种原因,在基因复制过程中出现错误(变异),出现新的基因和性状的个体,才有可能克服母体的缺陷,把生命的接力棒传递下去。生物能够闯过海陆巨变,大氧化事件和休伦冰河期,奥秘正在于此。但是,完全靠随机的复制错误出现有利的变异,概率实在太低了。

真核细胞的分裂,尤其是比较先进的有丝分裂(Mitosis),是一个很复杂的过程,这张图只是简单示意一下。

  就像偶然的细菌内共生演化成为线粒体和叶绿体一样,两个同类细胞偶然融合然后分裂。发生融合的两个细胞,遗传物质混杂重排,当这个新细胞分裂繁殖,产生的后代不再是单一母体的复制,而是拥有来自两个亲代的,全新的遗传信息。于是,一种新的繁殖机制——有性生殖(Sexual Reproduction)出现在地球上。

  最初的有性生殖,融合的两个生殖细胞(配子)的大小和形态没有差别,被称为同配生殖(Isogamy)。单细胞生物和少数多细胞生物保留了同配生殖。而更多的多细胞生物,随着细胞分化的完善,生殖细胞也产生了分工,配子开始有大小差异,只有大小不同的配子才能够成功融合。这种有性生殖被称为异配生殖(Anisogamy)。异配生殖继续演化,出现了卵式生殖(oogamy),大配子体积远远超过小配子,只被少量制造而且没有运动能力,等待活泼好动的小配子主动前来融合。

衣藻——一种单细胞绿藻的生活史。平时采用无性分裂繁殖,当环境变得恶劣时,它们会产生配子两两结合,形成合子,合子有外壳,可以抵御干燥寒冷等待不良环境,当环境适宜时,外壳裂开,放出4个后代。衣藻的有性生殖是典型的同配生殖。

另一种多细胞绿藻——团藻采用的是卵式生殖,精子和卵子的差异已经非常巨大了。精子几乎只提供一半遗传物质,卵子提供另一半遗传物质和发育所需的全部营养。

  有性生殖的出现,使变异,尤其是有利的变异概率大为提高,新性状和新物种可以更快出现。生命的演化从此进入了快车道。

延展纪时期的红藻化石,最早进行有性生殖的多细胞生物之一。

地球名片

地质时期:元古宙-中元古代-延展纪

起止时间:14亿年前 – 12亿年前

持续时间:2亿年

发生事件:有性生殖出现

代表生物:蓝藻,细菌,原生生物,多细胞藻类

代表化石:红藻

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