[音乐] 下面呢就给大家说一下生命起源里面的一些重要的事件
这就讲到真正的生命了啊,刚才讲的其实主要还是集中在
有机分子,有机大分子这方面,最开始肯定是原核细胞
原核细胞就像细菌、古细菌这些都是属于原核细胞的
它们是最古老的生物,它们是最开始出现在地球上的生物
这个刚才跟你们说了,根据那个化石上的
同位素,碳同位素的这个比例,是吧?13C、12C的这个比例人们觉得
那块古老的岩石上曾经有过光合作用的活动 而这个35亿年,35亿年前的这个化石
这样一块化石,这个地方 这个当然都是复原图了,人们根据它的形态画出来的
这是一个实实在在的化石了,是35亿年,大家记住这个年代
就是说你真正有化石证据的,是35亿年 这其实就是蓝细菌
我们把它叫做cyanobacterium,cyano是蓝色的意思
也有人把它叫做蓝绿藻,因为藻类都是 真核生物了,一般这种叫现在大家都不太这么说了
都叫它蓝细菌,它其实就是原核生物,但是 它能够进行光合作用,这是能够进行
光合作用的细菌,是一个自养生物 这个化石是在澳大利亚发现的
当然还有人觉得这个也可能是早期的细胞 因为你们刚才看到的那个已经像丝状体了,是吧?它已经有一个结构了
而这个你们看,你看不是有一个,有一个一个的圆圈吗?这也,这也很像细胞啊
这种叫做印痕化石,就是你只能看到这个痕迹了,当然这个
可以是其他的东西,所以像拿到这种的话
大家一般不会太买账的,这个真是可能是其他的东西
尽管它的年龄也许比较早,你要说它是一个细胞的化石的话
不是太多的人会去相信,其实这也就给大家说一下其实
你得到一个让大家都能够觉得它是化石的这样一个东西是挺不容易的
这是一种叠层石,叠层石是什么呢?其实就是
蓝细菌,很多蓝细菌它这个不断地 这个世世代代在那个地方待着,形成的这样的一个
化石,这其实是化石,我们再来看一下这种啊,放大一点看
一个一个的,你给它,里面的结构给它剖开,剖开来看你就可以看到
这个很密集的这些细胞的痕迹 这些细菌有,有它那个外壳,很厚外壳在
所以它能够很好地能够被保留下来形成这种化石
你就想,这是35亿年前,刚才跟你们说了
到真核细胞的话,我给你们的是27亿到12.7亿年
也就是说在差不多原核细胞起源以后11年的时间里面
没有真核细胞的,全是原核细胞,它们统治了地球统治了10亿年
这是非常长的时间,没有别人,就是它们自己
它也没有什么竞争,这个所有的资源,所有的环境都是它的 所以真实很happy的在上面生活了10亿年
你可以看得出来这个地方它们根本没挪窝,这个地方就形成了这么好的这种化石在这儿
再往下就要发现真核细胞了 真核细胞产生那段时间,待会我要说到,就是像这种
战国,就是我们国家战国时期一样的,这个乱得很 这个时间,就大概27-10亿,我们来看看
有没有什么证据说明它是什么时候产生的,这个是有争议的
最早的人们为什么觉得有个27亿年在这,这有一个
证据,不是化石的证据,也是来自于化学的证据 就跟刚才那个碳同化的那种差不多
它是在澳大利亚,澳大利亚是个好地方,澳大利亚发现了一块具有27亿年
历史、含有甾烷的这样一块岩石 甾烷是哪来呢?甾烷是来自于固醇
只有真核细胞能够合成固醇,所以人们 根据这一个信息,就是说我发现了一个有27亿年历史的岩石
这个岩石上有甾烷,这个甾烷只能是真核细胞合成的
就根据这个信息人们就推测
真核细胞的产生是在27亿年前 就这么个证据,因为你想确实这个细胞你要能够
一开始形成的真核细胞肯定是个单细胞,单个细胞要形成一个化石真的非常难
这其实是一个很好的证据。好了,我们再来看看有没有化石呢?
有,这是一类比较古老的,你看,15亿年 是一种单细胞,你看它叫的名字也挺怪的,叫疑源类
不知道它的来源,因为现在也没有一个活着的生物能够对得上它,这样一个有,有很多刺的
这样一个细胞有15亿年的历史,这叫疑源类 单细胞的。多细胞的就非常后面
就是往后推了很久了,刚才是15亿年,这个呢是到了12亿年
在加拿大的岩石里面发现的 是这面这个,是在你们左边的这个,是一个多细胞的藻类
你今天还可以看到跟它很类似的这个藻类存在
这个12亿年的。这是一种叫红藻的一个物种
所以你今天在海里面还可以找得着,所以 这就是已经形成了一个很复杂的了,已经是一个藻类了,不是单细胞的了
所以人们就推测这个多细胞的是12亿年,是吧?刚才那个疑源类是15亿年
你要形成它,你不会一形成就会形成化石的 对吧?所以人们就觉得这个真核生物的形成的话你
很有理由把它再往前面推一推,就这个给你们看了原核的、真核的 我们再来总结一下它这个
地球形成以后,对吧?40亿年前这个生命形成的这个历史 最开始的46亿年在这儿
然后到了38亿年前的时候,生命出现了 是吧?然后就有这个光合作用,有了叠层石
最早27亿年的时候呢,你找到了一些真核细胞的痕迹,有真核细胞 可能在那个时候出现了。然后你再往下面走的话
整个到了22亿年 21亿年的时候,整个大气当中的成分
就完全改变了,从一个还原的状态变成了一个氧化的状态
氧气非常多了,然后你就有了这个 对吧?15yan,15亿年的时候有了疑源类
到了12亿年的时候呢,你有了那个红藻的那一类的多细胞了 今天我们待会还要跟你们讲寒武纪
所以这个就是整个地球的这个生命的演化历史 这么几十年的时间几句话就带过去了。下面给大家说一下
生物演化历史上几次比较大的辐射的演化事件
这个所谓的辐射演化,也有人把它叫做大爆发,生命的大爆炸呀,大爆发呀
曾经跟一些搞古生物的人,搞化石的人聊起来 他说我们都不这么讲,这个太外行了,什么叫大爆炸呀?
应该叫radiation,就是大辐射,辐射状的这种演化
所以我们就听取了他的建议,不再用大爆炸了 你宇宙可以大爆炸,生命不可以大爆炸
首先人们发现的这个化石是前寒武纪 就是比寒武纪还要早一点,大概在6亿到7亿年的这个纪
时期在澳大利亚 也在澳大利亚,在埃迪卡拉,这个,这个词很有意思
这个是用当地人的一个发音,它那个重音在后面,叫Edi'acara这个地方
由地质学家Spring发现的,这个是这个地点,澳大利亚的这个地方,Ediacara
Hill 你看啊,这些化石它都是
软体动物的化石,在发现这个化石之前,人们都觉得
软体动物形成不了化石的,只有你要有硬壳,比如说你有骨头了
你有那个比较硬的这种骨骼了,你才能够形成化石,软体动物一般都觉得没有
诶,他发现了,这个时候就也引,引起来这个学术界不少的
这个不小的一个轰动,就是软体动物也能够形成化石 这是它的这个化石的样子。所以前寒武纪
埃迪卡拉动物群,他把这个化石群叫埃迪卡拉动物群 所有的动物都是软体的动物,这个时间大概持续了有个
几年万年,它从6.7亿到5.5亿
这段时间,就是在寒武纪的前面,不是一个地方发现的
刚才说啊,就是在这个Ediacara那个地方首先发现的 他发现以后,人们陆陆续续地在世界上的其他地方
也发现了这样的化石群,这是Ediacara,这个是在 欧亚大陆,这是在英国这,White
Sea这个靠近英国的地方 这是在北美洲
这个也,也发现这样的,你就可以看到全世界各地的话,这差得很远了 都有差不多的这个类似的化石被发现
所以人们也把前寒武纪人们发现的 这个化石群,这个,这个时期叫age
of jellyfish 有点像那个水母的那种,都是软体的嘛
关于这些生物的命运有,有这个争论的,就是说它到底是
真灭绝还是假灭绝?就是说它是整个谱系都没有了呢?还是说它这个
谱系不断地演化成新的,它原来的没有了,它不是真的灭绝了,它又演化成新的类群了
这个争议是有的,因为刚才你们看到的那些化石
奇奇怪怪的,跟很多今天的可能都对不上 那个是寒武纪前的,我们再来看看早寒武
到了寒武纪了早期的时候,大概在5.2亿年左右的时候
这个时候的发现,就发现了5.2亿年左右的这个时间呢有一个化石群叫
布尔吉斯化石群,这个是,也是在加拿大,由这个古生物学家Charles
Walcott这个人发现的,最开始是在加拿大
好几个地方发现,打了圈圈的这几个地方
这个古生物学家他最开始发现的时候
确实在这个他们同行里面引起了不小的这个轰动
但他这个成果并没有推广出去 就是说其实是意义非常大的,待会我要说到的
他就把它整理好了,放在那个抽屉里头 就可能有一些小论文发表吧,就没有能够引起大家的重视
然后这个Whittington这个科学家
他也是一个古生物学家,他就带了两个,他的学生,研究生 又再去了这个地点,到Burgess
Hill这个地方 加拿大这个地方再去采集一些,回头又进行了整理,同时又把这个
前一个科学家发现的这些整理出来的化石再看一遍 他们就觉得这个发现其实是一个很了不起的发现
就是Whittington科学家和他的两个学生 那两个学生后来也很有名,就是因为对这些化石的研究
再加上Stephen Gould就是我跟你们说的那个提出间断平衡学说的那个科学家
他的证据其实就来自于早寒武纪的这些化石 由于他们几个人的努力,使人们看到了一个
特别fascinating这个非常有意思的一个生物演化的阶段
就是早寒武这个阶段。这个就是刚才第一个发现的
这个化石的这个古生物学家,这就是布尔吉斯页岩,它其实叫Burgess
Shale,这个是在这个地方 看看里面有的这个化石,你看这像节肢动物
环节动物、棘皮动物、脊索动物
还有一个你根本不知道把它放到哪个门的这个 动物,叫微瓦霞虫,这个确实
奇奇怪怪的,我们把它再复原一下,你可以看到那个时候 真的很奇怪啊,有一种像虾一样的东西长了六七个眼睛
这个大虾,它你看它长了两个大钳子,这个可怜的这个三叶虫被它一把就抓到嘴里了
然后还有这种各种各样的,这都是从 早寒武纪化石里面复原出来的
这些生物,很奇怪,那个时候比较短时间的底层里面突然一下
出现了这么多的生物,让人们觉得 Oh!
what's going on?
这个特别奇怪,怎么一下子来了这么多,这个发现也不是独立的
在地球上其他的地方
后来也,也有发现,我这个是按照时间来讲,我发现的时间来讲的
所以这些不同的地点都发现了早寒武纪的,就
5.4-5.2亿年,你看这个时间也很短,一下出现了这么多的动物
所以人们就把这个现象把它叫做寒武纪 大辐射,也有人把它叫做大爆炸呀、大爆发呀
主要的意思就是说这么短的时间内,一下子有非常多的动物的门类出现了
非常丰富的化石,而且这个化石的形状也多种多样,很多样子你样子你现在都看不见了 都没有了,Cambrian
radiation 这个要给你们介绍一下中国的科学家的发现
在昆民附近一个叫澄江的地方
这个化石其实比加拿大布尔吉斯化石要
早,刚才那个5.2亿,这个是5.4-5.3亿年
是侯先光先生他最先找到的,他发现了一个这样的
所以他马上就想到布尔吉斯化石群
对吧?跟那个很像,所以他是在,那个地方叫帽天山 采集的时候发现了,这个一发现
不要紧,很多人去,很多中国科学家去的话 就发现了非常多的,你看这都是澄江化石群里面的
跟刚才布尔吉斯是不是有点像啊,这个大虾啊? 是吧?你看这种,还有这种奇奇怪怪的这种虫,脚很长的这种
各种各样的这种动物,所以也发现了一大类的
一个在加拿大布尔吉斯,一个是在我们这边澄江,你看隔得很远 不同的地点相似的动物群
这个发现就给寒武纪这种生命的辐射性演化提供了又一个
非常有力的证据,这个在学术界是引起轰动的 你如果仔细地去看这些类群
你可以把它们,我刚才其实简单地给你们分分类了
就是现在已有的这个动物的门类,你都可以在那个时候 五点几亿年前就找到了它们的雏形
没有增加什么新的了,那时候都有了 所以这个其实对整个生物演化方面的
这个促进作用就非常大,它给你提供,提供了非常丰富的证据
告诉你这些东西是什么时候来的,从哪来的
给你们看一个例子,就是早寒武纪的里面有一种 鱼的化石,这是它的复原图
这个好像叫海口鱼 因为它在那个一个叫海,那个海口不是海南的那个海口啊,就在
云南的那个海口的地方,就是澄江,就是属于澄江化石群里面的 早寒武纪就有了一个发育的
这样的一个无颌鱼类,没有下巴的鱼 这是脊椎动物,它还不是脊索动物
它不是古老的脊索动物,它已经是到了脊椎了,它有很,发育很好的脊椎了,这是一个脊椎动物
所以在这个化石发现以前 人们觉得最早的这个原始的这个鱼类
它的记录是在志留纪,4.3亿年,你一下子
就把这个鱼的古老的鱼的发现 它的这个演化的历史往前推了一亿年,一亿多年
也就是说这个时候就有脊椎动物的出现了,我刚刚说了 就在这个早寒武纪的这个
动物群里面,现在已有的所有的门类那时候都有
脊椎动物大家就觉得是比较后来出现的,早寒武纪有了
它既然有了化石了,你就可以推断它真正的出现要早于这个化石的形成
所以这个早寒武纪这些动物类群化石的发现
它把整个这些动物的演化的历史往前推了很多
而你往往前推上个几千万年那就是了不起了,它往前推了一亿年 这其实是非常有意思的一个发现
这是早寒武纪的这个你可以看得 出来,早寒武纪的这个生物的演化,一个是非常快,一个是非常多
可能它们之间整个的这个关系也,也非常复杂 真是这个,可能也打架也打得一塌糊涂的
你要仔细想一想还是蛮有意思的,因为你想地方都蛮局限的 对吧,就在一个地方,不大的地方,它有这么多的物种
那可不是要打起来 这竞争也是非常激烈的,所以有很多类群
就已经很快就没有了,能够活下来的那都是,有它的本领的。都是在自然选择当中 它要能够有优势的才能活下来
这就是我给一篇比较早《Nature》的文章 这是我们国家科学家舒德干老师写的
一篇论文,1999年的《Nature》 我们再往后面看一下,到了被子植物
刚才讲的是早寒武纪 被子植物的起源,其实也是另外一个
辐射演化的例子,这个达尔文曾经提到,不止一次地提到
他觉得这个被子植物的起源和演化是一个令人头疼的谜
因为他觉得挺难解释的,用他的理论挺难解释的 就他就说:“为什么被子植物会有这么多的物种?
而且它们特别的成功。”这个达尔文还是很厉害的
我们来看看,我们今天的这个对陆地的植物的统计
这个图有点小,我给你们说一下 在这个大饼里头,最大的这一块
我写的是被子植物,就现在陆地植物 差不多90%都是被子植物的物种
其他的有一个一个小三角,都是什么像蕨类呀,裸子植物啊
苔藓啊,这一类的都成不了气候,但被子植物,你看 这么大,可是被子植物的出现是非常近期的事儿
我们再来看一些数据 这个里头红色的就是被子植物
绿色的是裸子植物,蓝色的是蕨类植物 这个你们能看清
这张图,我拿鼠标指着的这张图 是它的成种的速度,就是它的speciation
rate 你们可以看到非常快吧,这个红色的非常高
越高,说明速度越快。这边是它分化的速度 被子植物也很高,这个横坐标是它的时间
这个在白垩纪往后 而这个呢,是灭绝的速度。你看这个被子植物就很小,而这个裸子植物是很高的
到了白垩纪以后,它的这个速度是非常快。
为什么会这样? 这是一个谜,这就给你们一个事实在这,
你们就可以去想 这是一篇参考文献,2009年的一篇参考文献
这个地方呢我是有一个作业给你们的,你们课后要看的
我把一个访谈的这个录像放到了我们学校的教学网上
你们课后去看一下,因为今天我们就不布置课堂的作业了 我就给你们布置课后的作业
你们一定要看啊,因为到下一节课我要提的问题就跟这个录像有关了
我也想试一下哈,因为我用了这个录像这种资源
我来用一用,看看大家接受的程度到底怎么样? 大家都去看,就9分钟,也很短
我就是就这个 “为什么被子植物起源,在这么短的时间里面
会产生这么多的物种,他们这么成功,到底是什么在驱动?” 这样的一个现象,我这个访谈9分钟就是这个内容
我请的Peter Crane,做演化的,主要研究化石的一个科学家
我那个有两个version,一个是中文的,我把它翻成中文了 就他讲英文,我下面是中文的subtitle
还有一个是原文的,就是英文的,都有subtitle,下面都有字幕的 好吧,希望大家去看一下。
我这个呢就不再仔细讲了 感兴趣的同学你可以去看参考文献
但是录像我希望每个同学都去看一下,好吧? 你看,给你们看了起码有3个哈
一个是寒武纪之前的,Ediacara的化石群 一个是早寒武纪的化石群,有来自加拿大的
有来自中国澄江的 还给你们另外一个被子植物起源地快速演化的例子
也就是告诉大家 在整个生物演化的历史当中,他有这种慢慢的这种,变化的积累
也有是相对来说快速地这种演化