演化的理论和证据

在不认识达尔文，不知道演化论之前，你是否相信以下片段中所说的呢？

那么让我们看看为什么那么多科学家都支持演化论吧！

演化主要事件

在进化过程中，有许多关键性的生物分化，配合地质年代与进化历程，能够归纳出进化时间表。目前已知的化石纪录中，最早生命遗迹是出现在约38亿年前，原核单细胞生物则出现在33亿年前。到了22亿年前，才出现最早的真核单细胞生物，如蓝绿菌。6亿年前藻类与软件无脊椎动物出现。再此之前的年代称为前寒武纪。

古生代是由5亿4千3百万年前到5亿1千万年前所发生的寒武纪大爆发开始，此时大多数现代动物在分类上的门已经出现。之后海中藻类大量出现，而且植物与节肢动物开始登上陆地。最早的维管束植物在4亿3千9百万到4亿9百万年前出现。接着是硬骨鱼类、两栖类与昆虫的出现。3亿6千3百万年前到2亿9千万年前，维管束植物开始发展成大型森林，同时最早的种子植物与爬虫类出现，并由两栖类支配地球。最后爬虫类开始发展，并分化出类似哺乳类的爬虫类，随后发生二叠纪灭绝事件，古生代结束。

中生代开始于2亿4千5百万年前，这时以恐龙为主的爬虫类与裸子植物逐渐支配地球。1亿4千4百万年前到6千5百万年前，开花植物出现，最后中生代结束于白垩纪灭绝事件。

6千5百万年前之后则称为新生代，哺乳类、鸟类与能够为开花植物授粉的昆虫开始发展。开花植物与哺乳动物在这段时间取代了裸子植物与爬虫类，成为支配地球的生物。可能是人类祖先的类人猿出现在360万年前，直到10万年前，‎现代人（学名：Homo sapiens）才诞生。

1863年﹐ 达尔文出版「物种起源」后两年﹐ 正当人人都质疑演化论的说法﹐ 指众多物种既然都是演化分支产生而来﹐ 为何没有不同物种间的中间类型化石﹐ 例如鸟和爬虫的﹖﹐ 一直反对达尔文演化论的的科学对手欧文 (Richard Owen)就找到了第一块证实鸟类和爬虫演化关系的化石﹕ Archaeopteryx (始祖鸟)。 此后古生物学家在各地找到不同类型品种的始祖鸟类化石。反演化论者一直说这些都「只是鸟类化石」﹐一直否认这些化石具有的爬虫特征。这影片以Archaeopteryx (始祖鸟)17种爬虫特征 (鸟类所无特征)为例子﹐ 反驳他们的谬论﹐ 且解释为何Archaeopteryx (始祖鸟)就是证明演化发生的一个有力证据。

注：点击影片播放器下方的“CC”能够显示繁体中文字幕。

脊椎动物胚胎发育过程

所有的脊椎动物胚胎在发育初期都非常相似，在发育的过程中，这样的相似会逐渐减少，最后形成各物种的型态。举例而言，虽然各种成熟的脊椎动物差异很大，但是它们的胚胎型态在发育初期却非常相似，腮裂仍然出现在已经没有腮的爬虫类、鸟类与哺乳类胚胎中。鱼类的二房心会被保留到成体，而人类的胚胎虽然也有这种构造，却会在胚胎成熟后消失。

1870年代提出胚胎重演学说的恩斯特·海克尔，认为不同物种在同一段发育时期的差异也会显现出这些物种在进化上的亲近程度，而且这些生物进化历史的重复表现，能够出现在任何生物的胚胎发育过程。但是到了1997年，海克尔的理论正式被推翻。理察森与先前的一些研究发现，胚胎发育的型态，并不完全符合进化上的亲近程度。即使如此，现今的某些中学生物教科书依然继续使用海克尔的理论。

在胚胎重演论提出直到被推翻的期间，胚胎学对于进化机制的解释并没有太大的进展。但是近年的进化发育生物学（Evolitionary developmental biology、Evo Devo）研究，将分子生物学与发育生物学等学门结合，解释基因的改变对于动物形态的控制过程。同时也发现外表差异相当大的动物之间，也拥有相同的调控基因。以及相同的基因在不同的时间与空间，具有不同的作用。这些调控动物发育过程的基因，主要为一类Hox基因。

脊椎动物型态比较

脊椎动物同源构造的相互比较。从上到下，从左到右分别是有尾目（蝾螈等）、龟、鳄鱼、鸟、蝙蝠、鲸鱼、鼹鼠以及人类的前肢。

脊椎动物五趾肢的比较，支持了脊椎动物具有共同祖先的理论。举例而言，虽然人类、猫、鲸鱼与蝙蝠的五趾肢在型态上有所差异，但是主要架构都很相似。这些“同源”的构造，适应了不同的功能，如抓握、行走、游泳与飞行。

此外有一些构造在功能上相似，但却具有不同的型态。例如蝙蝠、鸟类与昆虫的翅膀；昆虫与脊椎动物的腿；章鱼与脊椎动物的眼睛；鱼类、鲸鱼与龙虾的鳍等。这类“异源”的构造，适应了相同的功能，如飞行、行走、感光与游泳。

从这段影片中，可以了解到四足动物的四肢其实是由鱼鳍演化而来的。

放射性碳年代测定

简介　　

放射性碳年代测定约为距今7000年—8500年之间科学家早已发现，宇宙中不断有宇宙线向地球辐射。美国科学家利比认识到，宇宙线的辐射，会使大气层中的部分碳原子变为放射性碳。由于植物不断从空气中吸收二氧化碳，动物又以植物为食物。因此，他认为，所有的生物都应含有放射性碳。这种设想为他在1947年做的实验所证实。

　　生物死后，摄入放射性碳的过程自然就停止了，其体内原有的放射性碳则会稳定衰变，其辐射强度每576O年降低一半。利比认识到，根据这一规律，就可测定古代生物体或其他有机物的年代。有了这种办法，考古学家不必再单纯依赖于文字记载和地层证据来判定年代，考古学因而取得了极大的进展。

　　自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C，14C的半衰期为5730年，14C的应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以14C标记化合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。

14C测年法

自然界中的14C是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的。碳-14不仅存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。由于碳-14一面在生成，一面又以一定的速率在衰变，致使碳-14在自然界中（包括一切生物体内）的含量与稳定同位素碳-12的含量的相对比值基本保持不变。

　　当生物体死亡后，新陈代谢停止，由于碳-14的不断衰变减少，因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为M克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。美国放射化学家W．F．利比因发明了放射性测年代的方法，为考古学做出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖。

　　由于碳-14含量极低，而且半衰期很长，所以用碳-14只能准确测出5～6万年以内的出土文物，对于年代更久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，利用碳-14测年法是无法测定出来的。
通过C₁₄年代测定法计算样本年代的公式如下：
t = [ ln (N_f/N_o) / (-0.693) ] x t_1/2 其中，ln指的是自然对数，Nf/No是样品中的C₁₄与活体组织中相比的百分数，而t_1/2是C₁₄的半衰期（5700 年）。
这样，如果化石中的C₁₄与活体样本相比是10%，那么化石的年代即为：
t=[ln(0.10)/(-0.693)]x5700年 =[(-2.303)/(-0.693)]x5700年
=[3.323]x5700年=18940年 由于C₁₄的半衰期是5700年，因此只能测定年代最多为6万年的物体。不过，C₁₄年代测定法的原则也适用于其他同位素。K₄₀是在人体内发现的另外一种天然放射性元素，它的半衰期是13亿年。其他常用于放射性年代测定法的放射性同位元素包括：铀-235（半衰期=7.04亿年）、铀-238（半衰期= 45亿年）、钍-232（半衰期=140亿年）以及铷-87（半衰期=490亿年）。
使用多种放射性同位素可以让生物和地质样本的年代测定有更高的精确度。不过，放射性同位素年代测定法在未来可能会变得不适用。于20世纪40年代后死亡的生物会因为核弹、核反应堆和露天核试验的影响而难以精确测定年代。

C14是如何产生的

每天都有大量宇宙射线进入地球大气层。例如，我们每人每小时要承受大约50万束宇宙射线的照射。宇宙射线与大气层中的原子碰撞的情况并不罕见，由此产生的二级宇宙射线以高能中子态存在，同时这些高能中子也经常会与氮原子碰撞。当中子碰撞时，N₁₄（7个质子，7个中子）原子就会变成C₁₄原子（6个质子，8个中子）和1个氢原子（1个质子，0个中子）。C₁₄具有放射性，其半衰期约为5700年。

生物中的碳-14
宇宙射线创造的C₁₄原子与氧结合会形成二氧化碳，植物将其吸收后会通过光合作用融入到植物纤维。食用植物的动物和人类同样会摄取C₁₄。空气和所有生物中普通碳（C₁₂）与C₁₄的比例在任何时代都是几乎不变的。一万亿个碳原子中可能有一个是C₁₄。C₁₄一直在衰变，但它们会按照恒定速度被新的C₁₄原子取代。此时，您的体内有一定比例的C₁₄原子，而所有的植物和动物也都有相同比例的C₁₄原子。
活的生物体一旦死亡，就会停止摄取新的碳。所有生物体死亡的那一刻C₁₂和C₁₄的比例都是一样的，但C₁₄会继续衰变，而且不会得到补充。C₁₄按半衰期为5700年的速度衰变，而样本中C₁₂的数量仍然保持不变。通过测量样本中C₁₂与C₁₄的比例，将其与活的生物体进行对比，就能相当精确地测算样本的生存年代。

 

化石的形成

虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的：
   （1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。
   （2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分地被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。
   （3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。

来源：http://www.uua.cn/base/show-8-1.html

什么是化石？

化石（fossil）

恐龙化石

三叶虫化石

琥珀

植物化石

　　保存在岩层中的地质历史时期的生物遗体或生物活动所留下的遗迹统称为化石。
　　简单的说，化石就是生活在遥远的过去的生物的遗体或遗迹变成的石头。在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活是遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化了的生物遗体、遗迹就称为化石。
　　化石是古生物学研究的唯一对象。古生物学(Paleontology)不同于今生物学(Neontology)，它只能借鉴于后者，通过化石来研究和恢复地质历史时期的生物的形态特征、生活习性、空间和时间上的分布规律，进而推断其内部结构特征，并对其分类位置及进化方向和绝灭机制等问题提出见解。所以离开化石，古生物学家就无从展开工作。生物学中若干重要规律，例如进化理论，也以化石为主要证据。生物界本身是个统一体，离开地质历史时期的生物，就无法建立完整的生物分类系统，也无法研究生物进化发展的规律。
　　化石通常根据生物所属的分类的不同，而分别被称为古无脊椎动物化石、古脊椎动物化石、古植物化石，及按不同分类级别而统称的如珊瑚化石、龟鳖化石、有孔虫化石、松柏化石等。同时，古生物学家还根据生物个体大小的不同，将通常不需要利用显微镜即能进行研究的化石叫大化石，如腕足动物、三叶虫、高等植物、脊椎动物等的化石。但对于这些生物的微细构造进行研究时仍然要使用显微镜，如珊瑚化石和具介壳动物的壳的构造等。对于必需利用显微镜才能进行观察和研究的个体微小的化石，称为微体化石或微化石，如有孔虫、介形虫、硅藻等。某些大生物的微小部分如轮藻的藏卵器，植物的孢子、花粉，虫牙(虫颚)、牙形石等，甚至小的鱼鳞、鱼牙等也属于微体化石。这一名词的使用并没有严格的限制，例如某些群体生物如苔藓虫、层孔虫，还有如竹节石、软舌螺等，有些学者视其为微体化石，有些学者仍把它们视为大化石。近年来随着石油地质勘探和海洋地质调查工作的迅猛发展以及电子显微镜等技术在古生物学中的应用，在地层中发现了许多极为微小的化石，它们的直径在30～10微米以下，被称为超微化石。超微化石包括颗石(coccoliths)、盘星石(Discoaster)、微锥(Nannoconus)等。
　　将古生物遗体或遗迹保存为化石的各种作用被称为化石化作用，包括生物遗体被掩埋、保存、石化以及模铸化石形成等作用。
　　地层中的化石按其保存特点可分为实体化石、模铸化石、遗迹化石和化学化石4大类。

来源：http://www.uua.cn/noun/show-1-1.html

查尔斯·达尔文的贝格尔号之旅

小猎犬号的探险旅程路线图

海军勘探船小猎犬号（Beagle，又译为“贝格尔号”）进行了为期五年（1831年－1836年）的勘探活动，这期间达尔文将三分之二的时间花在了陆地上。他仔细地记录了大量地理现象、化石、和生物体，并用系统地收集了许多标本，它们中的许多是科学上的新物种。每隔一段时间，他将这些航行中收集的标本与记录这些发现的信件寄予剑桥大学，很快他就成为了一个富有盛誉博物学家。达尔文的这些详尽的勘探记录显现了一个理论开创者的惊人天赋，并成为了他后期作品的理论基础。他最初为家庭所写的游记，后以《贝格尔号之旅》一书出版，详尽地从社会学、政治学、和人类学的视角描述与总结了航行所及的土著与殖民地的风土人情。

航行旅途之中，达尔文饱受疾病痛苦困扰。1833年10月，他在阿根廷患上重烧。1834年7月，从安第斯山脉返回瓦尔帕莱索的途中，他再次倒下，并在病榻上度过一个月

在他们出发之前，罗伯特·费兹罗伊（Robert FitzRoy）送给了达尔文一卷查尔斯·赖尔（Charles Lyell）所著《地质学原理》（Principles of Geology，在南美他得到第二卷）。该书将地形地貌解释为漫长历史时间渐进演变的的结果。当他旅程的第一站抵达圣地亚哥佛得角的时候，达尔文注意到该地火山岩峭壁的高处有一条白色的沉积层内有许多裸露的珊瑚与贝壳碎片。这很好地解释了赖尔的理论，并给予了达尔文思考岛屿地质史全新的视角，使他决定写一本关于地质学的书。^[25] 达尔文在接下来的旅程中有着更多的发现，它们中的许多是戏剧性的。在巴塔哥尼亚，他看见次级而上的分布着圆石与海贝平原，它们其实是被抬高的海滩。在经历了智利的地震后，他发现贻贝的床基高高地搁浅在潮汐之上，这显示陆地已经被抬高了。在安第斯山脉的高处，他发现化石树矗立在一片沙滩上，周围分布着海贝片。在贝格尔号勘探了科科斯（基林）群岛（Cocos (Keeling) Islands）后，他推论这些珊瑚环岛，是形成在下沉的火山之上的。

在南美，达尔文发现并挖掘了一些已灭绝的巨型哺乳动物化石，其中相当一部分并不处于有剧烈天气变化与灾难发生迹象的地质层里。而一个动物的头盖骨在他看上去竟似乎是非洲犀牛的。此外，他判断一些动物甲片来自于该地区一种常见犰狳体积两至三倍大小的史前巨型犰狳身上，但受Bory de Saint-Vincent的Dictionnaire classique的误导，他转而相信是周围发现的大地懒属的遗骸的一部分。在赖尔的第二卷书中，万物的创生被归结为“centres of creation”，而此时思想已经走在时代前方的达尔文对此困惑不解。

上一次贝格尔号来火地群岛的时候带上的三个印第安人（美洲土著人）被送回到了故乡，然后当上了传教士。他们在英国的两年里，受到了英国传统教育从而进入了使人所熟悉的“文明社会”，然而他们的亲戚对达尔文来说是 “没有希望，且对人类是种侮辱的人渣”。一年以后，传教的任务被他们所遗忘，只有杰米·巴顿对他们说他宁愿过以前困难的生活也不愿意重返英国。因为这件事，达尔文重新地考虑了人类，他得出的结论是虽然人类是高等动物，但动物的本性始终没有像他的朋友所说的那样丧失，而且明白了每个文明的演化都是不一样的，而不是因种族所定。当他看到欧洲定居者在南美洲，新西兰和澳大利亚对土著人的暴行后，他便强烈反对奴隶制，也对这些野蛮行为感到悲哀。

费兹罗伊船长一直都在写贝格尔号行程的官方日志，在旅行的尽头，他读了达尔文的日记，然后让他重新修改一遍以便在《自然史上》充当第三卷。