中国第一毛孩——于震环

1977年9月30日，辽宁一个农民家里，出生了一个毛孩。如图所示，除了手足、掌心、嘴唇，他的身上，到处都长满了长短不同的毛，这些毛比起普通人的毛发，又黑又长，很像人类祖先——猿身上的毛。这个毛孩的出生引起了全国轰动，成为专家学者和全社会关注的焦点，他就是“中国第一毛孩”于震环。

目前，我国已发现数例毛孩儿童，这些儿童全身长满黑毛，前额的毛，可长达数厘米，两条粗大浓黑的眉毛紧紧相联，也可长达数厘米。后经医学家诊断其为多毛症，遗传学家则论证其为返祖现象。

经过科学家的研究，发现返祖现象与人类的进化有关。

人类在进化过程中，某些形态特征发生了很大的变化，如脑容量增大，体形改变，毛发稀疏，尾巴消失等等。这是由于人类祖先的基因，有的改变了，有的关闭起来。如果这些基因没有关闭，或重新打开，就会使人出现异常发育，重现祖先的某些特征，即返祖现象。

看来，人类的进化也遵循生物进化的规律。

当今地球上，适应于热带、温带、寒带、高山、平原、沼泽、荒漠等，各种环境的动物和植物，大约有5 000 000（五百万种）到30 000 000（三千万）种，科学家已经对2 000 000（二百万）种生物进行了命名，其中大约有260 000（二十六万）种植物，750 000（七十五万）种昆虫，500 000（五十万）种脊椎动物。这些生物在生物进化过程中，经历了怎样的过程呢？

下面，请看这张图，生物进化系统树。你知道这张图是如何画出来的吗？

原来，科学家依据古生物学、比较形态学、比较生理学、分子生物学等学科的研究成果，按照生物间进化的先后顺序、相互亲缘关系的远近，把各类生物安置在一个类似树状分支的图上，就成了进化系统树。

那么，在地球上最早的生命活动是如何开始的呢？

让我们展开想象的翅膀，跟着广角镜，扫描生命起源时的情景吧。

广角镜：生命起源

根据大爆炸理论，在大约150亿年前，宇宙是由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。

200亿年前，没有物质和能量，没有时间, 没有空间。

150亿年前大爆炸，产生能量、质量，开始时间、空间。

第1分钟时产生基本粒子“汤”（质子、中子、电子）。

第3分钟时出现氦和氢。

46亿年前太阳系形成，地球形成。地球和其他几个行星是从太阳旋转甩出的一团物质组成。如图所示，显示了太阳系的形成。

地球形成的过程中，物质凝聚，重元素在内，轻元素在外，成为第一次大气层。由于地球表层温度高，气体分子运动剧烈，致使原始大气层脱离了地球的引力，飞向太空，地球表层的大气层完全消失。

随着地球表面温度的逐渐冷却，降温后形成地壳。不时有火山爆发，熔浆使地表高低不平；同时出现第二次大气层。再降温：地表冷至100^oC以下，降水生成江河湖海。如图所示。

在我们中国美丽的神话中，你一定不会忘记“盘古开天地”的故事吧？看来我们的古人还真聪明，想象力丰富。

当然，现在对生命起源的推测，可不只是想象，更重要的是科学实验。

科学家推测，地球的原始大气中含有氨气(NH₃)、甲烷(CH₄)、氰化氢(HCN)、硫化氢(H₂S)、二氧化碳(CO₂)、氢气(H₂)、水(H₂O)等成分，但是，没有游离的氧气。

大气中的一些气体和地壳表面的一些可溶性物质溶于水中，在宇宙射线、太阳紫外线、闪电、高温等作用下，合成了一系列的小分子有机化合物，如有机酸、氨基酸、单糖、脂肪酸、嘌呤、嘧啶、核苷酸等，汇集在原始海洋中，从而为生命的诞生准备了必要的条件。

在适当的条件下，进一步形成复杂的有机物质，如蛋白质、核酸、多糖、类脂等大分子物质。这种由简单小分子到复合大分子的进化过程，称为化学进化。如图所示，雷电可能为化学进化提供能量。

1953 年美国芝加哥大学的米勒，当时是一名研究生。如图所示。他模拟在生命出现以前的原始地面气层的成份，在一个烧瓶中加入氢气、甲烷和氨等还原性气体和水蒸气。将烧瓶密闭后插入两支电极，通电后可以产生电火花。七天后，他从烧瓶中收集到一些有机物，其中竟有几种氨基酸！他的实验结果轰动了科学界。因为蛋白质是由氨基酸组成的。米勒的实验揭示了生命起源过程中的重要一步，证明生命是进化而来的。

后来其他人在实验中使用紫外线、高温、γ射线等，还得到嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。在这些实验的基础上，科学家提出了化学进化假说。

生物大分子并不能独立表现生命现象。由众多的蛋白质、核酸为基础的多分子体系形成后，才能表现生命萌芽。生物大分子在溶液中自动聚集，形成多分子体系的团聚体或微球体。

下面的两个著名的实验证明了早期的生命是如何存在的。

如图所示，团聚体代谢和繁殖。团聚体小滴直径1μm-500 μm，稳定存在几小时至几周，外周增厚呈膜状结构，与周围水液有明显界限，具原始代谢特征；可以增长和繁殖。

如图所示，微球体增殖。微球体直径1μm-2μm（相当于细菌大小），可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构；膜表现选择透性，反映渗透压变化；吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增长”和“繁殖”。

多分子体系表面的催化作用，促使产生更高级的蛋白质和核酸，使多分子体系的结构、机能更加复杂和完善，为简单生命形式和原始细胞的出现创造了条件。于是，化学进化过程逐渐过渡到原始生命的开始。下面让我们详细关注生命的开始吧。

科学家推测，最早出现的生物是原始的异养生物。

海洋中，最早的原始细胞，通过获取外源的有机物质，以满足自身能量需求，这种生活方式称为异养。化石证据表明，它们与今天生活的细菌非常相似。

由于原始大气中没有氧气，原始的异养生物获取能量的方式，可能是无氧酵解，而不是有氧呼吸。 什么是无氧酵解？举个例子你就明白了。 人体运动是需要能量的，如果能量来自细胞内的有氧代谢（氧化反应），就是有氧运动；有氧运动时，葡萄糖代谢后生成水和二氧化碳，可以通过呼吸很容易被排出体外，对人体无害。常见的有氧运动项目有：步行

慢跑、滑冰、游泳、骑自行车、打太极拳、跳健身舞、做韵律操等等。有氧运动特点是强度低、有节奏、不中断和持续，时间长。

然而，举重、赛跑、跳高、跳远、投掷等具有爆发性运动，属于无氧运动。在无氧运动时，细胞的代谢活动被称为无氧酵解。葡萄糖代谢后，产生大量丙酮酸、乳酸等中间代谢产物，这些酸性产物堆积在细胞和血液中，就成了“疲劳毒素”，会让人感到疲乏无力、肌肉酸痛，还会出现呼吸、心跳加快和心律失常，严重时会出现酸中毒和增加肝肾负担。所以，无氧运动后，人总会疲惫不堪，肌肉疼痛要持续几天才能消失。

看来，原始大气中没有氧气是很糟糕的事情。

可是，更糟糕的是，随着原始的异养生物的增加，数百万年所积累的有机物被逐渐利用，外界可利用的有机物越来越少，于是，异养生物开始出现了生存竞争。有些异养生物能够更有效利用有限资源，逐渐取得了生存优势。

在经历了漫长的淘汰过程后，进化出了自养生物。

这些自养生物，能够利用简单无机物、自我合成有机分子。如图所示，自养生物，利用太阳能把无机物变成有机物，并合成ATP。

在早期的自养生物中，进化出直接利用太阳光能进行光合作用的类群。

通过光合作用，将来自太阳的辐射能转化为糖分子中的化学能。

从光合生物诞生开始，生物圈内的能量流动逐渐转向了这样的模式——来自太阳的能量由光合自养生物传递给其他形式的生命。

氧气是光合作用产生的。随着光合自养生物的进化和发展，氧气在大气中逐渐积累。

随着氧气的积累，生物的有氧呼吸作用进化成为生物界主要的方式。

随着氧气的积累，大气外层的氧分子被转化为臭氧分子，并逐渐形成了有效的臭氧层，从而阻隔了来自太阳的对大多数生物具有高度破坏性的紫外线。

距今大约5亿年以前，由于氧在大气中的积累，有氧呼吸生物的出现，生命世界开始了第一次大繁荣。如图所示，地质年代与生物历史对照表。

关于生物进化的证据，高中生命科学第二册中比较详细的介绍了胚胎学证据、比较解剖学证据、生物化学证据、古生物化石证据等。

想象看，是否可以利用现代生物高科技成果，来分析研究生物进化的规律呢：你知道有哪些生物尖端技术吗？

当然，谦虚一点的话，起码基因工程是知道的。核酸，你应该不陌生，前几年“珍奥核酸”的广告做得很凶！

另外……，华师大有一个教育部和上海市重点实验室，那里的设备和先进是国际一流的，研究水平一定很高。这个重点实验室叫什么名字呢？脑功能基因组研究所。

基因组？那一定跟染色体有关。染色体是遗传物质。听说，开奥运会，运动员除了要检查是否服用兴奋剂外，还需要检查染色体呢？查染色体有什么用？

原来，有的人染色体与正常人不同。如果一个女人含有特殊的染色体，在体能方面就会超出常人，如果她得了冠军，其他姑娘们不就太冤枉了吗？

好了，下面我们就了解一下，生物进化的研究与染色体、核酸有什么关系吧。

第一种称之为细胞遗传学的证据。

我们知道，每种生物染色体的数目和形态都是相对恒定的。根据这一特点，可以进行物种间的比较。例如在生物的系统分类方面，采用核型分析方法，分析比较相关物种染色体的数目和结构，鉴定物种之间的亲缘关系。如图所示，人、大猩猩、黑猩猩和短尾猿的体细胞染色体十分相似，其中大猩猩和黑猩猩与人染色体最相似，由此得到人与猩猩的亲缘关系图。

第二种称之为分子水平的证据，如核酸进化。

在进化过程中，生物的DNA含量逐渐增加。高等生物的DNA含量高。随着分子生物学技术的发展，特别是克隆、扩增基因和快速测定DNA序列技术的发展和应用，各种生物基因组中的各种DNA核苷酸顺序越来越多地被测定出来，核苷酸顺序的比较研究逐渐成为核酸进化研究的重要方面。

如图所示，不同生物单倍基因组DNA含量与哺乳动物基因组DNA含量的比值。由此可见，随着生物从低等到高等进化，DNA含量逐渐增多，哺乳动物DNA含量最高。