一、动物的现在与过去

你知道吗？每一种动物都是经过漫长的地质年代进化来的。令人难以置信的是，现代动物的模样与它们的祖先大不一样，许多大动物的祖先竟然是一些矮小的“侏儒”。

现代马的远祖叫始祖马。根据埋藏始祖马化石的地层来推算，始祖马生活在始新世早期至中期温暖、潮湿的草丛和灌丛中，它们像现代狐狸一样大小，背部弯曲，身体灵活，前肢有发达的四趾。始祖马由于身体较小，灌丛里又有很多障碍物，它就用隐蔽、躲藏的方式逃避敌害。后来，地壳变迁，地球气候不断发生变化，始祖马的生活环境也改变了，它也不断朝着适应环境的方向进化。在较晚一些的地层里，人们发现了马的较近祖先——三趾马的化石（图7-1）。三趾马生活在辽阔的草原上，这里没有明显的隐蔽物供动物们躲藏。长期的自然选择使植食性动物出现了两个分支，一种适应了地下穴居来逃避敌害，一种学会了快速奔跑来逃避敌害，三趾马成了后者。要实现快速奔跑，动物的体形就不能太小，所以三趾马的躯体比始祖马大了一些。前肢只有三趾，中趾发达，并且变成了唯一着地的趾。这使得三趾马的奔跑速度大大提高了。在以后的进化史中，马再也没有离开辽阔的草原。三趾马以后的化石证实，马的躯体逐渐变得高大，中趾的趾端形成了硬蹄，两侧的趾变成了遗迹，称为痕迹器官。这种演化方向使马更适于在草原上奔跑。这样，马从高30厘米左右的始祖马进化成了现在高1.5～2.0米的现代马。

图7-1 三趾马化石复原图

犀牛最早的祖先——跑犀（图7-2），也是野兽中的“侏儒”。跑犀生活在4000多万年以前，身高与现代的狗和羊不相上下，有较长的四肢，善于奔跑。虽然现代犀牛也比较善跑，但与它的祖先相比差别非常大。跑犀的脖子比较长，头上没有珍贵的犀角，这些都与现代犀牛截然不同。

图7-2 跑犀

那么，是不是动物都是越进化体形越大呢？当然不是。由于环境不断变迁，生存斗争越来越激烈，向着身材矮小方向进化的动物更多。比如在非洲草原的干旱季节，野猫的生存就比狮子容易。从自然选择的原理来看，每一种环境都有“允许”其中的动物数量所能达到的最大值，因为环境中的资源和空间是有限的。如果环境发生了剧烈的变化，不足以提供足够的食物，则会导致体形大的动物灭绝。那是不是体形越小就越有利于生存呢？这也不对。在广阔的草原上，植食性动物要么向体大力强的方向发展，使肉食性动物很难捕食，要么向灵巧快跑的方向发展，要么适应穴居隐蔽生活，这才出现了形形色色的草原动物。

现代动物与它们的祖先不仅存在体形上的差异，由于地球环境不断变化，动物们的栖息地也古今有别，它们的身体结构发生了朝着适应环境的不同方向的进化。例如，现代马的祖先生活在灌丛里，后来迁移到草原上才向适于快速奔跑的方向进化。所以，我们看到的现代动物，是通过长期的自然选择，经过漫长的地质年代进化来的，是与它们生存的环境相适应的结果。

二、大熊猫濒临灭绝的内在因素

你知道吗？地球上曾经生活过的生物大概有40亿种，其中绝大多数都早已灭绝了。现在，由于人为破坏和环境污染加剧，物种灭绝的速度空前加快。根据联合国环境规划署的报告，全世界平均每天就有一种动物灭绝，平均每一分钟就有一种植物灭绝，超过地球物种自然灭绝速度近千倍。

图7-3 大熊猫（任维鹏绘）

大熊猫（图7-3）学名猫熊，是我国一级保护动物，是中国的国宝。之所以得到这样的待遇，可不是因为它长得憨态可掬，而是因为它稀少。得益于有效保护，2016年大熊猫的濒危等级从“濒危”降为“易危”。那么，导致大熊猫濒临灭绝的原因除人类的影响与破坏以外，与它自己有没有关系呢？

在物竞天择、适者生存的大自然里，什么样的动物才能生存下去呢？这是个不好回答的复杂问题，每种动物都有自己适应环境的特点和生存秘籍。一般说来，动物要生存下来至少要具备以下特点中的某几个。

一是有强健的肌肉，有锐利的爪或锋利的牙齿，如猎豹、狮子、鹰等。这样的动物是位居食物链顶端的肉食者。它们能通过强健的肌肉迅速地捕捉猎物，并通过锋利的爪或牙齿使猎物毙命，然后将其吃掉。

二是有快速奔跑的能力，如羚羊、鹿、斑马等。这类动物属于植食性动物，它们通过快速的奔跑逃避敌害，或到很远的地方觅食。

三是有挖洞穴居的习性，如田鼠、野兔等。这类动物也属于植食性动物，它们通过洞穴保护自己，繁育后代。

四是有爬树（在树上生活）的本事。它们通过树栖攀缘躲避伤害，储存食物，如猎豹；或通过在树枝间来回跳跃躲避敌害，如长臂猿；或在树上筑巢繁育后代，保证后代的安全，如很多鸟类。

五是有很强的繁殖能力。最典型的例子是老鼠，其他动物都在人类的捕杀或影响下大受影响，有的甚至灭绝了，唯有大多数老鼠还是数量众多，很大一个原因是它们有超强的繁殖能力。母鼠满6个月就有了生殖能力，一窝能产下8至10只小鼠。在食物充足的情况下，一只母鼠一年可受孕数次，这样累计下来，一只母鼠一年可以繁殖大约200只小鼠。

六是有很杂的食性。很多动物都在进化中形成了非常杂的食性，只要是有营养的就能吃。还说老鼠，它们的食性就很杂，凡是人爱吃的东西，不管酸、甜、苦、辣，老鼠也都能吃。而且老鼠有很强的记忆性、拒食性。对于熟悉的环境，老鼠发现稍有改变就会立刻警觉起来，受过袭击会长期回避此地。

七是有很好的消化吸收能力。在长期的进化中，动物都进化出一副好肠胃，能把食物中的营养吸收得非常干净，仅剩下一点食物残渣作为粪便排出去。

现在让我们来看看大熊猫吧。它具备以上7点中的哪一点？哪一点都不具备！在动物学上，大熊猫属食肉目，熊科的一个亚科。它的祖先是一种凶猛的肉食性动物。可我们看到今天的大熊猫一副懒洋洋、温顺可人的样子，见了谁，不论是多么可怕的动物都不知道害怕，这在弱肉强食的大自然里是多么可怕的一件事啊！它还保留有爬树的本领，但凭它的速度我们就知道，那也仅仅是饭后的消遣了。进化到今天，大熊猫的食谱已经非常特化了，以竹子为主食。有人曾经将肉切成细细的像饺子馅一样的肉末喂食大熊猫，结果它的消化系统只能将肉末表面薄薄的一层消化掉。即使是现在它每天都吃的竹子，也只能消化掉一小部分，大多数营养都白白地浪费了。再就是大熊猫的繁殖能力非常差。雄性大熊猫的**特别短小，**失败的概率很高。而雌性大熊猫的**期只在每年的3～5月，通常不超过2～4天，所以经常有雌性大熊猫长达几年不能受孕。大熊猫的妊娠期大约为5个月。野外条件下偶尔会有孪生的情况出现，但是雌性大熊猫一般只喂养一只幼崽；圈养种群中，孪生的情况较多。幼崽出生时很小，在幼崽出生几天到一个月后，雌性大熊猫会把幼崽独自留在洞穴中外出觅食。母兽有时会离开两天或者更长时间，使得幼崽死亡率很高，在40%左右。

所以，我们不难看出，大熊猫对现在的生活环境的适应能力真的很差，它既没有肉食性动物所具备的捕猎能力，也不具备植食性动物快速奔跑的能力，又不会挖洞穴居保护自己，食性单一，消化能力差，繁殖能力低。这一切就是它濒临灭绝的内在因素。

三、复活猛犸象

你知道吗？最后一只猛犸象大概消失于4000年前，在西伯利亚的冻土层里，人们还发现了古代猛犸象的尸体。获取猛犸象的基因相对容易，复活这种离我们最近的史前大型动物是很多人的愿望。

在宽广无垠的西伯利亚和阿拉斯加冻土层里，人们不止一次地发现一种现代象的近亲——猛犸象（图7-4）的带皮肉的尸体。在西伯利亚北部冻土层里，曾经发现了25具被冷冻而保存完好的猛犸象尸体，它们像被保存在冷库里的食物一样，一点也没有变质。最后一批猛犸象在大约4000年前死亡，也就是埃及人建造金字塔的时代。

图7-4 猛犸象

人们通过研究发现，猛犸象曾经是世界上最大的象。它身高体壮，有粗壮的腿，脚生四趾，头特别大，在其嘴部长出一对弯曲的巨大门齿。一头成熟的猛犸象，身长达5米，体高约3米，门齿长1.5米左右，体重可达8吨。猛犸象夏季以禾本科和豆科的草本植物为食，冬季草本植物枯死，它就以灌木、树皮为食，以群居为主。它身上披着黑色的细密长毛，皮很厚，有厚达9厘米的脂肪层，具有极强的御寒能力。与现代象不同，猛犸象并非生活在热带或亚热带，而是生活在严寒的北方，曾分布于亚欧大陆北部及北美洲北部更新世晚期的寒冷地区。我国东北地区、山东半岛以及内蒙古、宁夏等地也曾发现过猛犸象的化石。

曾经在地球上显赫一时的猛犸象，为什么突然灭绝了呢？

有美国古生物学家认为，猛犸象是由于冰河末期的气候变化而灭绝的。他发现在冰河时代，冬夏之间的温差要比现在小得多。冰河期结束后，季节之间的温差变大，有些动物适应了这种气候的变化；有些动物不适应这种变化而迁徙；有些动物则从此灭绝，猛犸象就是其中的一种。猛犸象完好的尸体为这一观点提供了证据。

有另外的美国生态学家则认为，是人类的捕杀导致了猛犸象的灭绝。其根据是：在一些发掘出猛犸象化石的地方，同时发现了一些人类使用的石器；在一些猛犸象的化石上，仍然还戳着石头制成的矛尖……有美国地质学家还发现，人类的迁徙路径类似一个宽大的波浪向前推进，而猛犸象灭绝的路径也是一个与之相伴的宽大波浪。这可以说明，人类从西伯利亚到阿拉斯加，再到落基山脉，再向南及向东推进，在这个大迁徙的过程中杀尽了沿途的猛犸象。科研人员在乌克兰考古研究时发现，有一座古人类居住的房子竟然是由约22吨象骨建成的。这可以说明，猛犸象不仅是当地居民的主要食物来源，它的骨头还是宝贵的建筑材料。这也说明，相对于当时人们的捕杀能力，猛犸象显得多么弱小。

此外，还有人提出不同的看法：有人认为是火山突然爆发，引起极度猛烈的狂风，使猛犸象速冻而死；有人认为是大量彗星尘埃进入地球大气上层空间，导致地球上最近一次冰期的到来，此时海洋把热量传给陆地，引起了真正的冰“雨”，由此猛犸象灭绝……

一直以来，各国的科学家始终致力于猛犸象的研究，并希望有一天能利用现代克隆技术将猛犸象复活。目前科学家已经基本完成猛犸象所有基因密码的破译工作，为复活猛犸象提供了必要的基因基础，但还有很多难题需要解决。首先要获得带有完整基因的猛犸象的细胞核，然后将这个细胞核移植到猛犸象近亲，如非洲象的去核卵细胞里，再通过动物细胞培养技术手段让这颗卵发育成早期胚胎。把这个胚胎移植到非洲象的子宫里让它发育，最终就可以得到猛犸象了。以目前的技术手段，复活猛犸象已经不再是不可逾越的问题了。

在西伯利亚一处大约130平方千米的保护区，科学家通过恢复冰河时期末远古草原以及克隆复活猛犸象等部分远古灭绝物种，即“更新世公园”计划，重现猛犸象所存在的冰河时期的生态环境，力图抵御未来可能的气候变化。

四、沧海桑田的演化——化石浅谈

你知道吗？地球诞生大概有46亿年了，有生命的历史接近36亿年。我们如何知道某种生物曾经存在过？如何了解那些已经灭绝了的生物的信息？化石就是古代生物留给我们的标本，是古代生物存在过的标志，是地球生命演化史的石头书。

什么是化石？

化石是埋藏在地层中的古代生物的遗体、遗迹或遗物，如恐龙的骨骼化石、恐龙的足迹化石、古人类留下的饰物、灰烬等。生活于过去的生物体的坚硬部分，如动物的骨骼、牙齿、硬壳，植物的叶、茎干，都可以经石化作用而形成化石。也有些罕见的化石，如西伯利亚冻土层中的猛犸象、在煤层的琥珀中所含的昆虫等，由于软体完全埋没于地层中，形成毫无石化的古生物遗体，仍然称为化石。

化石是怎么形成的？

古代动物死后，尸体的内脏、肌肉等柔软的组织很快便会腐烂，牙齿和骨骼因为有机质较少、无机质较多，能保存较长的时间。如果尸体恰好被泥沙掩埋，与空气隔绝，腐烂的过程便会放慢。泥沙空隙中有缓慢流动的地下水。水流一方面溶解岩石和泥沙内的矿物质，另一方面将水中过剩的矿物质沉淀下来，或成为晶体，或随着水流逐渐渗进埋在泥沙中的骨内，填补牙齿和骨骼有机质腐烂后留下的空间。如果条件合适，由外界渗进骨内的矿物质在牙齿和骨骼腐烂解体之前能有效地替代骨骼原有的有机质，牙齿和骨骼便完好地保存成为化石。由于化石中的大量矿物质是极为细致地慢慢替代其中的有机质，所以能完整地保存牙齿和骨骼原来的形态，连通过电子显微镜才能看清的组织形态都能原样保存。日久天长，骨骼的质量不断增加，由原来的牙齿和骨骼变成了还保存牙齿和骨骼原有的外形和内部结构的石头，这个过程被称作“石化过程”。

除了牙齿和骨骼外，有的动物的粪便也能形成化石。例如，有的肉食性动物吃肉时是连着碎骨一起吞下的，粪便里有许多没有被消化掉的碎骨，碎骨不容易腐烂，所以也能成为化石。脚印也能形成化石。人或动物踩在泥沙上，形成脚印。泥沙干后，脚印又被另外的物质填满。两种物质都被后来渗进去的矿物质石化后保存下来，但是两种物质的性质不同、软硬不同，容易风化或破坏的程度也不同。一种物质被风化或破坏后，另一种物质便表现为脚印化石。

化石能说明什么？

人们通过对化石的研究发现：在越早形成的地层里，成为化石的生物越简单、越低等；在越晚形成的地层里，成为化石的生物越复杂、越高等。这不仅证明了现在地球上每一种生物都是经过漫长的地质年代进化来的，也证明了生物从简单到复杂、从低等到高等、从水生到陆生的进化次序。所以古生物化石的存在，直接证明了达尔文进化论的正确性。

此外，人们通过对化石的研究，还可以得到关于各个地质历史时期生物、环境的很多信息。例如，通过对众所周知的“北京人”头盖骨化石的研究，人们发现“北京人”的嘴部比较突出，这就可以说明他们的手还不够灵活，很多食物还得靠用嘴直接啃食，也可以说明他们的大脑还不够发达。通过对古人类留下的动物骨骼化石的研究，不仅可以知道他们都吃了什么，还可以通过对这些动物的生活习性的分析，推测当时的气候条件等，从而使人们对古代地球的生物、环境有比较全面的认识。所以，可以说化石是帮助我们了解地球过去的一部浩瀚的石头书。

五、动物消化的进化

你知道吗？在竞争激烈、适者生存的大自然里，各种动物都有自己的消化方式。纵观动物消化方式的进化，也可以看出整个动物界的进化历程。那么，动物都有哪些消化方式呢？各种消化方式是怎样进化的呢？

变形虫、草履虫：细胞内消化

单细胞动物如变形虫没有专门负责消化的结构，既没有专门摄食的口，也没有专门排遗的肛门。当遇到食物颗粒时，变形虫通过细胞质的流动发生变形，形成食物泡，在食物泡里将食物颗粒逐渐消化，最后再把剩余的残渣通过小泡由质膜排出。草履虫（图7-5）则通过一个类似于口的胞口吞进食物颗粒，再形成食物泡消化，最后由相当于肛门的胞肛把食物残渣排出。

图7-5 草履虫

这种细胞内消化是最原始的消化方式，它的首要缺点是不能消化过大的食物颗粒。而且，因为食物直接进入体内，食物的种类也大受限制，有些对高等动物很正常的食物，对变形虫、草履虫这样的单细胞动物却成了毒物。

水螅：有口无肛门，有了消化腔

随着进化，生物逐渐由单细胞动物演化出多细胞动物，到腔肠动物阶段，就演化出了可以摄食的口。只是腔肠动物的口兼有摄食和排遗功能，所以它们是没有肛门的。从消化方式上看，腔肠动物属于兼有细胞内消化和细胞外消化的中间过渡类型。最常见的腔肠动物是水螅，它们的体壁由两层细胞构成，内层多数细胞能进行细胞内消化，少数细胞能向体腔内分泌消化酶。水螅吞食食物颗粒后，小一点的食物颗粒可以进入细胞进行细胞内消化，大一点的食物颗粒则在体腔中进行细胞外消化。由于水螅没有肛门，剩余的食物残渣由口排出。对水螅来说，消化的食物数量显然提高了，但由于有细胞内消化，食物的种类仍会大大限制它们的分布与生存。

涡虫：有了消化管，却有口无肛门

动物在进化到扁形动物（常见的是涡虫）时，有了专门负责消化吸收的消化管。涡虫的咽吸住食物后，肠即分泌消化液，将食物溶解，再吸入肠内，进行消化。由于涡虫没有肛门，不能消化的食物残渣仍由口排出。

蛔虫：有了真正的消化管

从蛔虫（图7-6），即线形动物开始，消化管有口和肛门两个开口，食物经口、咽、肠、直肠，再由肛门排出，使消化和吸收后的食物不再与新进入的食物相混合，这样专门负责消化、吸收的消化管分工更明确，功能更完善，在进化上有很大的意义。但线形动物还没有进化出循环系统，只依靠初生体腔运输养料，效率很低，在动物界仍属于低等类型。

图7-6 蛔虫

脊椎动物：有了消化系统——消化管和消化腺

脊椎动物（高等动物）有了由消化管和消化腺组成的完善的消化系统。消化管负责食物的消化和吸收，消化腺分泌消化酶促进食物的分解消化。例如，人的消化管要完成如表7-1所示的消化过程。

表7-1 人的消化管及主要消化过程

续表

进化至此，细胞外消化才真正完善了。有了完善的消化系统，动物才能利用尽可能少的食物获得尽可能多的能量。动物从摄食中解放出来，也促进了动物的整体进化。由于不同动物处于不同的环境中，它们向不同的方向演化，消化系统也出现了众多的适应类型。例如，牛适应反刍活动有了4个胃，鸟类进化出了磨碎食物的砂囊等。