(五)細菌衍生物

 

(一)細菌的結構和特徵 

現代細菌的結構和生物學特徵

    

  提起細菌,人們首先想到的恐怕是那些導致疾病、殘害生命的病原細菌,因此難免“談菌色變”。

際上,病原菌只是細菌的一部分,而在細菌家族的大千世界堙A大多數細菌能夠給人類帶來很大的益處,生產味精等食物添加劑、淨化環境等都離不開細菌。

 

細菌是一類構造簡單的單細胞生物,個體極小,必須用顯微鏡才能夠觀察得到。

它沒有成型的細胞核,只有一些核質或是分散在細胞堛滬鴠芺銴丑A或是以顆粒狀態存在。因此,科學家稱它們為“原核生物”。

 

細菌的種類繁多,而且分佈極為廣泛,從地球上17千米的高空到1萬零700米的海洋深處到處都有細菌的蹤跡。

細菌不僅分佈廣泛,而且種類繁多,長相也各有不同,科學家通常根據外形把它們分為4個類群:

球狀的稱為球菌,長圓柱形的稱為桿菌,細胞略呈彎曲或弓形的稱為弧菌,呈螺旋狀的稱為螺旋菌,也叫做螺旋體。

 

肺炎雙球菌

  在球菌中,有的孤身只影,稱為單球菌,例如尿素小球菌;

有的成雙成對,稱為雙球菌,例如肺炎雙球菌;有的4個菌體連在一起,稱為四聯球菌;

有的8個菌體像“疊羅漢”一樣地疊在一起,稱為八疊球菌,例如藤黃八疊球菌;

有的菌體像一串串珠子鏈兒一樣連在一起,稱為鏈球菌,例如乳酸鏈球菌;

還有的菌體不規則地聚集在一起,看起來像一串串的葡萄,成為葡萄球菌,例如金黃色葡萄球菌。

 

  桿菌中又分為長桿菌(例如結核桿菌)、短桿菌(例如谷氨酸生產菌)和中型桿菌(例如大腸桿菌)。

有的杆狀菌體能連在一起,這樣的桿菌稱為鏈桿菌(例如炭疽桿菌)。

還有的桿菌體能長出側枝,這樣的桿菌稱為分枝桿菌(例如結核桿菌)。

 

除了上述這4個類群之外,還有一類絲狀細菌,其杆狀菌體連成長鏈,外面由一個共同的粘質衣鞘包圍,形成絲狀或毛髮狀的菌絲。

這樣的細菌稱為鞘衣細菌,常見於下水道或其他有機質豐富的水堙C

 

  如果我們把細菌切開來觀察,細菌的最外層是結實的保護層,稱為細胞壁,它包裹著整個菌體使細胞有固定的形狀。

其主成分是肽聚糖。

細胞壁的堶惇O一層又薄又柔軟而且富有彈性的透膜——細胞膜,它是細胞內外的交換站,控制著細胞內外的物質交換。

細胞膜由脂類、蛋白質和糖類組成,它的堶探N是細菌的所有生命物質--細胞質。

細胞質由一團粘稠的膠狀物質組成,內含各種酶系統,是生物化學反應的場所,也是貯藏代謝產物的“倉庫”,化學成分主要是水、蛋白質、核酸和脂類等。

細菌的細胞質內有一個核區,但是這種“核”與真核生物的細胞核不同,沒有核膜包圍,只是由遺傳物質捲曲纏繞而成,其化學組成主要是核酸。

 

  有些細菌除了具有一般的細胞結構外,還具有一些特殊的結構,如莢膜、芽孢、鞭毛等。

 

  莢膜是某些細菌細胞壁外具有的一層果凍般的粘液狀的膜,可以阻抗有害化學物質對細菌的侵害。

因此,有莢膜的細菌不易被藥物殺死。

莢膜的成分因細菌而異,大多數是多糖或多肽。

 

某些細菌在其生命活動中的某個階段,可以從營養細胞內形成一個圓形或卵圓形的內生孢子,稱為芽孢。

芽孢是細菌的休眠體,含水量低,壁厚而緻密,對熱、乾燥和化學物質的傷害的抵抗能力很強。

芽孢能夠脫離細胞獨立存在,在乾燥的環境堹鄏s活10年之久,當條件適宜時,芽孢就發芽長成新的菌體。

但是芽孢不是繁殖後代的方式,因為一個菌體只能產生一個芽孢。

細菌繁殖後代是由細胞分裂的方式進行的。

 

有些桿菌和弧菌還能長出很細很長的被稱為“鞭毛”的絲狀物。

鞭毛是深植於細胞質中的運動器官,鞭毛的旋轉可以推進細菌迅速地運動。

球菌通常沒有鞭毛,桿菌中有的有有的沒有,有的則在生長過程中的某一階段才有。

弧菌和螺旋菌都有鞭毛。

有些細菌如螺旋體等不借助於鞭毛運動,而是借助於細胞中有彈性的軸絲體伸縮而使菌體運動。                           

(資料來源:中國科普博覽)

 

(二)32億年前的細菌

32億年前的細菌

 

  發現在非洲南部的單獨曙細菌化石,是迄今為止科學家發現的最古老的細菌化石,也是所有古生物化石中最古老的代表。

單獨曙細菌是一種原核生物,年代測定表明的生活時代為距今32億年前。

由於類似於單獨曙細菌這樣的地球上的最早的生物類型,都是結構很原始的單細胞生物,即使形成化石也非常輕散、脆弱、易碎,因此長期以來,科學家一直沒有發現這些原始生命的其他可靠的化石。

 

後來,一些科學家在對水成岩中的風化型條帶狀富鐵礦的成因進行分析時,竟然發現這種富鐵礦是由一種生活在遠古的微生物--鐵細菌形成的;

而且,形成這些富鐵礦的那些鐵細菌生存的年代最早也可以上溯到32億年前。

 

鐵細菌具有一般細菌的共同特徵。

都是直徑只有幾微米到幾十微米的單細胞生物,而且是細胞內沒有形成細胞核的原核生物,只有在放大成千倍的顯微鏡下才能發現它們。

有些鐵細菌細胞為橢圓形或杆形,相互聯繫起來形成相當長的線體,有的單個鐵細菌就是一條細而長的線體;

有些鐵細菌呈球形、弧線形或杆形帶柄或分枝的形態;有的鐵細菌形成小瘤狀、帶狀或螺旋狀。

這些鐵細菌外面都包裹著一層薄薄的“鐵甲”——皮鞘。

 

鐵細菌在生活過程中,攝取鐵質和矽酸等無機物。

在沼澤和湖泊中,鐵元素通常以可溶性的氫氧化亞鐵的形式存在,被鐵細菌懾入後,在菌體內經過酶的催化作用,把它氧化成不溶性的三氧化二鐵。

 

這些不溶性的鐵化物和矽化物等無機物被鐵細菌分泌到體外,就形成了以鐵為主要成分的皮鞘。

十分有趣的是,鐵細菌的皮鞘往往比其身體大幾倍或幾十倍。

鐵細菌可以在皮鞘中前後移動,有時還可以伸出鞘外,重建新的皮鞘,而脫落的皮鞘就在水中沉澱下來,聚集成鐵礦。

你可能不會想像到,這種生活在億萬前年的鐵細菌,竟是通過這樣的生活方式,成了造鐵的“能工巧匠”,為今天的人類提供了極為豐富的鐵礦資源。

 

  在美國、加拿大、蘇聯、澳大利亞、印度和非洲南部前寒武紀距今18億年到32億年前的沉積岩中,科學家都發現了條帶狀的鐵礦層,其中普遍含有鐵細菌化石。

如果將岩石或礦石磨成薄片,在高倍率的生物顯微鏡或電子顯微鏡下觀察,就可以看到鐵細菌化石。

由於對遠古時代的鐵細菌化石的研究還不夠,現在僅發現十多種。

它們和現代的鐵細菌有些相似,但又有所不同。其中有的種已經絕滅。

當然,那時候的種絕不等於現代的種,例如,線狀古鐵細菌與現代線狀鐵細菌很相像,它們都有皮鞘,但是古代的比現代的大得多。

 

鐵細菌大多是好氧微生物,但又需氧不多。

科學家推測,32-34億年前的地球大氣具有高度的還原性。

那時,大氣中幾乎沒有氧氣存在,僅有二氧化碳、甲烷和氫氣。

到了32-31億年前,藍細菌出現了。

 

在其後直到27億年前的歲月堙A這些藍細菌攝取原始的還原性大氣中的二氧化碳,通過葉綠素進行光合作用,產生出游離的氧氣並釋放到大氣中,使大氣中的氧氣含量逐漸增加,這就為好氧的鐵細菌提供了良好的生活條件,從而保障了它們能夠不斷地攝取水中的氫氧化亞鐵並把之氧化成不溶于水的三氧化二鐵沉積到水底。

 

可見,今天常常引起人們恐慌和誤解的細菌,它們遙遠的祖先不僅奠定了整個生物界在以後的歲月媔i化發展的生物學基礎,而且其中的一些分子,還為發展到今天的智慧生物--人類的進步積累了不可或缺的礦物資源。

 

古細菌、真細菌和真核生物    

  前面我們已經談到,迄今為止科學家發現的最早的古生物化石,是32億年前的細菌化石。實際上,這些最早的原核細胞生物,即原始的細菌類在地層中留下許多的活動痕跡。在非洲、澳大利亞和加拿大等地都發現了一些稱為疊層石的岩石層,其中含有遠古的原核細胞生物活動的痕跡。

從這些岩層的地質年齡推算,最早的原核細胞生物,在35億年前就已經出現,其後種類越來越多。

 

在最早的原核細胞生物分化過程中,最重要的是古細菌與真細菌的分化。

 

在現代生物中,由於細菌類都是最簡單的無核單細胞生物,因此人們一般都認為它們是低級、原始的生物。

其實,它們都是已經進化了幾十億年的現代生物了。

對不同種類現代細菌的分子進化研究發現,在一類能夠利用二氧化碳和氫氣產生甲烷的厭氧細菌以及生長在極濃的鹽水中的鹽細菌、可以在自然的煤堆堨耵曭熄敯鶷茧腄B在硫磺溫泉中或是海底火山區生長的嗜硫細菌等類群中,核糖體RNArRNA)的分子序列與一般細菌的rRNA分子序列十分不同,其相差程度比一般細菌rRNA分子序列與真核生物(細胞中含有細胞核的生物)的rRNA分子序列的差異還要大。

據此,科學家認為這些“不一般”的細菌應該代表一個即不同於一般細菌也不同於真核生物的生物類群,因此把它們稱為古細菌(或古核生物),而把一般的細菌稱為真細菌(或原核生物)。

 

  由於現代的古細菌的生活環境相對來說比較接近原始地球的環境,因此可以認為它們是地球上最原始的生物的比較直接的後代;換言之,地球上最初的原核細胞生物可能是古核生物而不是原核生物。

 

古核生物、原核生物和真核生物的系統關係

  進一步研究發現,古細菌的其他一系列分子生物學特性都與真核生物有不少相似之處;而真細菌卻在很多其他的分子生物學和細胞生物學性狀上與古細菌相差甚遠,它們擁有不少進化或是特化的性狀。

因此,真核生物的祖先應該是遠古的古核生物、而不是原始的原核生物。

 

至於真核生物或是真核細胞的起源,則是由於某種原核生物在某種古核生物細胞內形成了內共生關係的結果。

 

由於迄今所知最古老的真核生物化石已有近21億年的歷史,許多科學家推測,最早的真核生物可能早在30億年前就出現了。

真核細胞的直接祖先很可能是一種巨大的具有吞噬能力的古核生物,它們靠吞噬糖類並將其分解來獲得其生命活動所需的能量。

當時的生態系統中存在著另一種需氧的真細菌,它們能夠更好地利用糖類,將其分解得更加徹底以產生更多的能量。

在生命演化過程中,這種古核生物將這種原核生物作為食物吞噬進體內,但是卻沒有將其消化分解掉,而是與之建立起了一種互惠的共生關係:

古核細胞為細胞內的真細菌提供保護和較好的生存環境,並供給真細菌未完全分解的糖類,而真細菌由於可以輕易地得到這些營養物質,從而產生更多的能量,並可以供給宿主利用;

因此,這種細胞內共生關係對雙方都有益處,因此雙方在進化中就建立起了一種逐步固定的關係。

 

在古核細胞內共生的真細菌,由於所處的環境與其獨立生存時不同,因此很多原來的結構和功能變得不再必要而逐漸退化消失殆盡;結果,細胞內共生的真細菌越來越特化,最終演化為古核細胞內專門進行能量代謝的細胞器官——線粒體。

 

同時,一方面原來的古核細胞的能量代謝,越來越依賴于內共生的真細菌的存在,另一方面為了避免自身的一些細胞內結構、尤其是遺傳物質被侵入的真細菌“吃掉”,它們也產生了一系列應激性的變化。

 

首先是細胞膜大量內陷形成了原始的內質網膜系統,限制了線粒體前身真細菌的活動;而後,原始的內質網膜系統中的一部分進一步轉化,將細胞的遺傳物質包在一起形成了細胞核,這一部分內質網就轉化成了核膜。

從此一種更加進步的生命型式誕生了,這就是真核細胞,也就是最初的真核原生生物。

 

  細胞核的產生使真核細胞的細胞核、和細胞質相對分離,遺傳信息的轉錄與翻譯分別在核內和細胞質中進行,因此提供了一種有利於基因組向更加複雜化和多功能化發展的環境。

  就在原始的真核細胞通過線粒體內,共生的方式從古核生物中起源的同時,一部分這樣的古核生物在吞噬線粒體前身真細菌的同時,還吞噬了某種原始的藍細菌。

 

這些藍細菌也通過類似的內共生過程成,為這些古核生物細胞內的一種細胞器,行使光和自養功能。這樣,吞噬了原始藍細菌的古核生物,最終進化成最初的真核原生植物,而內共生的藍細菌則演變成葉綠體。

 

  從生態學的角度來看,線粒體和葉綠體的內共生過程,實際上都是某種真細菌在進化過程中,將原來在生態系統中佔據的生態龕固定在了另外一些古核生物細胞內部,將這種古核生物本身當作了一個專享的固定的生態龕,從而產生了一種結構更加複雜的新系統,並且附加了新性質——原來的古核生物和真細菌功能互補,不可分割,共同進化,最後成為一個統一的新型生命類群。

 

本館館主龍子因此將真核細胞的起源的這種內共生模式用生態學的觀點定義為“固龕整合效應”。

(資料來源:中國科普博覽)

 

(三)放射蟲

放射蟲

放射蟲

放射蟲是海洋中漂浮的單細胞原生動物,因為具有放射排列的線狀偽足而得名。

原生動物是最低等的一類動物,個體僅由一個細胞組成,在分類上科學家把它們歸為一個門,即原生動物門。

但是原生動物的這個唯一的細胞卻是一個完整的有機體,具有作為一個動物個體所應有的主要生活機能。

細胞的各部分產生了分化,各自掌管一定的功能,形成了“類器官”。

原生動物往往長有鞭毛、纖毛或是偽足作為它們的運動器官。

有些原生動物的細胞質中具有骨架或是形成堅固的外殼。

 

  原生動物個體都很微小,一般都在250微米以下,也就是說,它們還不到一粒1毫米長的米粒的1/4那麼大。這麼小的身體只有在顯微鏡下才能夠觀察了。

 

  可是這些不起眼的小動物的分佈卻非常廣泛,大多生活在海洋或淡水水域堙A也有一些生活在潮濕的土壤中,或是營寄生性的生活。

 

  科學家根據這類動物是否長有運動器官或是長有什麼類型的運動器官而把它們分成了4個綱:

鞭毛蟲綱、纖毛蟲綱、孢子蟲綱和肉足蟲綱。

 

  放射蟲就屬於肉足蟲綱。

它們與其他原生動物的主要區別就是細胞質埵酗@個幾丁質的中心囊,把細胞質分為囊外和囊內兩個部分。囊的表面包著角質膜,膜上有小孔,使囊內和囊外的細胞質相互溝通。

 

  放射蟲有球形、鐘罩形等多種形狀,身體直徑可以達到1002500微米。

由細胞質分泌的骨架通常包藏在細胞中,其化學成分因不同的種類而不同,多數為矽質或含有機質的矽質,少數含有碳酸鍶。

放射蟲的骨架有三種類型:

一種為鬆散結構,骨架由互不連接或接合不堅實的杆、骨針和刺組成;

另一種是網球結構,骨架呈球形、紡錘形或錐形,沿著中心囊膜緊密連接成網狀;

還有一種為同心結構,骨架由多層同心排列的網格構成,各層間常有許多針、鉤、小柱相連,構成精巧美麗的殼形。

以這些不同的骨架結構類型為基礎,並在一定程度上結合中心囊的構造特點,科學家把放射蟲分成了3個亞目,即棘刺蟲亞目、多囊蟲亞目和褐囊蟲亞目。

其中多囊蟲亞目又分為泡沫蟲和罩籠蟲兩大類。

 

  放射蟲營漂浮生活,喜好大洋環境,在地理上分佈十分廣泛,幾乎遍及世界上的所有海域。大多數的放射蟲分佈在溫暖的海域,赤道附近的放射蟲尤其豐富多樣,一個普通浴缸可以盛滿的海水(大約半立方米)中生活的放射蟲可以達到4萬個!

 

在南北極附近的海域,放射蟲也和矽藻一起非常繁盛。

科學家已經把現代海洋中的放射蟲按分佈類型劃分出了極區帶、近極帶、亞熱帶、熱帶的典型表層組合。

由於海面下不同水深處的物理化學條件的變化,放射蟲在不同水深處也表現出不同的組合。

棘刺蟲亞目和泡沫蟲類通常僅局限於分佈在透光帶,而罩籠蟲類和褐囊蟲亞目則生活在海面下超過2000米深的地方。

 

放射蟲死亡後其矽質殼沉入海底後不易溶解,因而大量富集起來,堆積密度驚人到在火柴盒大小(大約2立方釐米)的沉積物中含有的個體數竟然超過12萬個。

這些堆積在海底的放射蟲殼形成了著名的放射蟲軟泥,這種軟泥覆蓋了整個地球海底面積的3.4%

 

放射蟲的生命歷史非常悠久,但是由於棘刺蟲亞目和褐囊蟲亞目的骨骼結合得很弱,很容易損壞,很難保存成化石,因而在地層中常見的放射蟲化石多屬於多囊蟲亞目。

它們在寒武紀出現,到了泥盆紀後期和石炭紀達到繁盛。

法國、英國、俄國的烏拉爾地區、北美洲和澳大利亞都盛產放射蟲化石。

古生代時以泡沫蟲類的代表為多,例如在我國廣東省曲江縣的仁化地區二疊紀早期地層中發現的放射蟲岩中,化石就多屬於泡沫蟲類。

 

到了中生代,多囊蟲亞目中的兩類都有發現。

三疊紀的放射蟲化石比較稀少,但是在我國珠穆朗瑪峰附近的三疊紀晚期地層的矽質岩中卻即發現了泡沫蟲類,也發現了罩籠蟲類。

 

到了侏羅紀和白堊紀,放射蟲發展到了一個新的水準,殼形趨向與複雜化,出現了不少新的類型,分佈在特提斯海及還太平洋地區。

 

  新生代是放射蟲發展的頂級時期,尤其是在始新世和中新世,放射蟲的所有類群都出現了,並在世界各地廣泛分佈,形成了許多有代表性的化石群。有些科學家對第三紀地層進行的分帶就是根據放射蟲化石進行的。

 

有孔蟲

  有孔蟲是一類長有偽足的微小的單細胞原生動物,它們當中的大多數都有礦物質形成的硬殼,殼上多有開口,殼壁上還有許多小孔。

有孔蟲的身體由一團細胞質構成,細胞質分化為兩層,外層又薄又透明,叫做外質;內層顏色較深,叫做內質。

外質圍繞著殼並且伸出許多根狀或絲狀的偽足,主要功能是運動、取食、消化食物、清除廢物和分泌外殼。

內質包在殼堙A有一個或幾個細胞核,而且還含有食物泡。

 

現代的有孔蟲絕大多數都是海生的,只有少數生活在瀉湖、河口等半咸水的環境堙A也有極少數廣鹽性的可以生活在超過正常鹽度的咸水堙A還有極個別的可以生活在淡水堙A如瓶形蟲超科中的個別種屬。

大多數的有孔蟲營底棲生活,少數為浮游生物。底棲的有孔蟲通常都可以在海底緩慢移動,只有少數固著生長。

 

有孔蟲經歷了從寒武紀到現代的漫長歲月,其間不斷演化發展,總的趨勢是越來越繁盛,但是在不同地質歷史時期又表現出一定的特徵,使得整個發展過程形成幾個高潮,分別出現在古生代的石炭紀到二疊紀、中生代的白堊紀以及新生代的始新世和中新世,現代則又是有孔蟲的一個繁盛時期。

 

由於有孔蟲的某些類群演變迅速,在地質歷史中存留的時間短,因此常常成為相關時代的重要標準化石。

尤其是因為它們體形小、數量多,同時它們的化石在鑽井岩心和海底取樣中比較容易被大量採集到,因而有孔蟲在蘊藏有石油的地區進行井下海相地層對比、劃分以及進行海洋地質研究等領域都能夠發揮巨大的作用。

 

其他的古原生動物

    

  放射蟲、有孔蟲都屬於原生動物,而且是屬於原生動物門中的肉足蟲綱。

除了肉足蟲綱之外,原生動物還有鞭毛蟲綱、纖毛蟲綱和孢子蟲綱。

 

原生動物是動物界中最低等的動物,它們的身體都只是由一個單獨的細胞組成,個體都很微小,大小一般都不到四分之一毫米。

但是這個小小的單細胞卻是一個能夠獨立生活的完整的生命個體,具有作為一個動物所應有的主要生活機能,細胞各部分產生分化,形成被稱為“類器官”的結構,用來執行各種不同的功能,例如,原生動物經常長有的鞭毛、纖毛或偽足等就是它們的運動器官。

 

原生動物大多生活在海洋堜峎O淡水中,有些種類生活在潮濕的土壤堙A也有一些營寄生生活。迄今為止,鞭毛蟲綱和孢子蟲綱還都沒有發現什麼化石種類。

而纖毛蟲綱中的一大類——丁丁蟲則有不少化石被發現。

 

丁丁蟲類的身體通常呈圓錐形或是喇叭形,細胞生長在一個相當精緻的瓶狀硬殼堙A細胞前端寬,邊緣圍有羽毛狀的薄膜作為運動器官。

丁丁蟲營浮游生活,廣泛分佈在所有海洋堛熙z光帶中,只有少數種類生活在淡水水域。由於對海水溫度和鹽度很敏感,現代的丁丁蟲種群形成了極區、溫帶、亞熱帶、熱帶海域以及河口、湖泊和沼澤等不同的組合。

 

丁丁蟲的外殼稱為丁甲,殼壁的成分通常是由細胞分泌的假幾丁質或有機質與外來的礦物顆粒和生物硬殼膠結而成。

丁甲的外形因種而異,有鈴形、球形、錐形、瓶形、釘形或彈頭形等多種。

 

丁丁蟲類的化石主要保存在石灰岩堙A也有一些出現在泥灰岩、黑矽岩、葉岩、海綠石粘土以及泥炭堙C

化石記錄表明,丁丁蟲類最早出現在志留紀,在侏羅紀到白堊紀時較多,到了晚白堊紀以後再沒有化石出現,而到了現代卻極為繁盛,真是神秘莫測。

(資料來源:中國科普博覽)

 

(四)海綿古今談

海綿古今談 

   

  海綿動物是多細胞動物當中結構最簡單、形態最原始的一類,早在寒武紀以前就已經出現並一直繁衍到了現代。

海綿動物由單細胞動物演化而來,它們的細胞已經分化了,但是還沒有形成組織和器官。海綿動物有單體的,也有群體的,外形多種多樣,其中單體海綿有高腳杯形、瓶形、球形和圓柱形等形狀。

海綿動物的體壁有許多孔,孔內有水道貫穿,體內有一個中央腔,其上端開口形成整個個體的出水孔。

 

多數的海綿動物具有骨骼。

骨骼分兩類,一類是針狀、刺狀的鈣質或矽質小骨骼,稱為骨針;另一類是有機質成分的絲狀骨骼,稱為骨絲。

 

骨絲不易被保存成化石,而骨針能夠形成化石。

有些骨針能夠互相穿插形成骨架,這樣的骨架形成化石後可以保持海綿體原有的外形。

 

科學家對海綿動物進行分類的依據主要就是骨骼的性質和成分。

一般可以把海綿動物分成4個綱:鈣質海綿綱、普通海綿綱、六射海綿綱和異射海綿綱。

 

科學家記述的化石海綿動物有1000多個屬,其中最早的代表有發現于非洲剛果前寒武紀地層中的鈣質海綿、俄羅斯卡累利阿和葉尼塞山的元古代中期地層中的矽質海綿的骨針以及我國南方前寒武紀中的零星代表。

從寒武紀開始,普通海綿、六射海綿和異射海綿三個綱的許多代表就都已經出現了,其中的異射海綿綱在三疊紀中期以後絕滅。

鈣質海綿則是在泥盆紀時才開始出現。

 

海綿化石

   海綿動物從遠古以來生存的領域非常廣泛,因此它們的化石能夠保存在石灰岩、砂岩、頁狀白堊層以及深水粘土岩等各種不同的岩石中。

 

由於古生代和中生代的海綿動物經常與珊瑚和腕足類等典型的淺海動物共生,因此科學家一般認為它們在當時主要生活在淺海。

新生代的海綿動物的生活領域與現代類似,而總的趨勢是它們的適應範圍越來越大。

 

現代的海綿動物除了普通海綿綱中的單軸滾海綿科生活在淡水水域中外,其他的全都生活在海洋中。

鈣質海綿的分佈可以從濱海水域直到2195米深的深海,但是主要分佈區是在水深小於100米的範圍內。

海生的普通海綿的分佈區是濱海至半深海。

六射海綿卻基本上生活在深度較大的大陸斜坡及其以下的深海底,

水深小於90米的海域基本上見不到,在90200米水深範圍內也只能發現少數分子;

只有在南極水域的淺海水域生活有少數的六射海綿。

 

現代的海綿動物可以在地球上各個緯度的海洋堨X現。普通海綿主要分佈在溫暖海洋,高緯度地區較少見。

六射海綿在熱帶和亞熱帶海域婺為集中,在印尼、菲律賓海域和中國南海尤其豐富,少數分子也分佈于南極附近海域。

殘存的鈣質海綿則分佈於溫熱的海域。

 

古杯動物

 

  古杯動物出現在寒武紀早期,到侏羅紀就已經絕滅了,現代生物中沒有任何一種能夠與其進行直接比較。

再加上它們的骨骼形態繁多,因而至今科學家也沒有對它們全部瞭解,至於其生活時的軟體組織就更是難以得知了。

 

古杯動物是海洋底棲生物,大多數固著在海底生活,有些類群也可能會移動。

古杯動物的化石大多保存在石灰岩堙A而且常常與灰質藻、三葉蟲、腕足動物、腹足動物以及軟舌螺和錐殼類等動物共生在一起,因而證明它們是正常的淺海動物。

科學家根據共生的藍綠藻推測,古杯動物最適宜的生活深度是2030米,最深不超過50米。

古杯動物很可能只分佈在南、北回歸線之間的溫暖炎熱海洋堙A而且能夠形成古杯丘或古杯層,但是由古杯動物形成的生物礁則較少見。

科學家推測,古杯動物的幼蟲可以在海水中漂浮,在成長發育過程中隨著身體和骨骼的增長變為成蟲後而沉入海底,並以各種類型的固著根固著於海底。有些古杯動物的成蟲可以呈盤狀平臥在海底,而且還可以翻轉。

(資料來源:中國科普博覽)

 

(五)珊

滄海變桑田的高級“魔術師”

 

西沙群島島礁風光

 

  在中國大陸的和海南島的南面埵酗@群美麗的島嶼,象一顆顆玉珠一樣散佈在南海堙A它們的名字千百年來就被中國人叫做東沙群島、西沙群島、中沙群島和南沙群島,它們是祖國不可分割的一部分。

 

但是你知道這些島嶼是怎樣形成的嗎?

有趣的是,它們竟然是許許多多微小、原始的海洋生物在漫長的地質歷史年代堣橦n月累地造成的。

地質學家通過考察和研究證明,這些島嶼是由一些特殊成因的礁石構成的,而製造這些礁石的生物就是珊瑚。

 

珊瑚

  珊瑚是一類生活在海洋堛滬鴝l無脊椎動物,包括現代的海葵、石珊瑚、紅珊瑚以及已經滅絕了的四射珊瑚、橫板珊瑚等等。

 

整個珊瑚家族組成了腔腸動物門中的一個綱,稱為珊瑚綱,分為橫板珊瑚亞綱、四射珊瑚亞綱、六射珊瑚亞綱和八射珊瑚亞綱共4個亞綱。

其中,橫板珊瑚最為古老,絕大多數都生活在寒武紀晚期到三疊紀,

只有其中叫做刺毛類的一個小類群延續到了第三紀才絕滅;四射珊瑚生活的時間比較短,只分佈在奧陶紀中期到二疊紀;

而六射珊瑚和八射珊瑚則從三疊紀出現開始一直生存到了現代。

不過,也有一些科學家報導說,八射珊瑚的出現歷史可以遠遠地追溯到泥盆紀甚至前寒武紀末期。

 

橫板珊瑚

 

  根據生態特徵,珊瑚可以分為造礁珊瑚和非造礁珊瑚兩類。

它們對生活條件如海底深度、溫度、海水含鹽度、光照度、海水流通狀況以及海底基底物質等都有不同的要求。

根據對現代珊瑚的研究,科學家瞭解到造礁珊瑚一般都生活在50米以內的水深範圍內,最多不超過100米深,水溫需要攝氏20度左右,光照要強烈,海水流通度和含鹽度都要正常。

因此,造礁珊瑚只能分佈在赤道附近,也就是南緯28度到北緯28度之間的熱帶、亞熱帶淺海區域內。

 

造礁珊瑚死亡以後,其骨骼能夠形成堅硬的生物岩體。

隨後生活的新的造礁珊瑚在這樣的岩體上繼續生活、死亡,又留下新的生物岩體堆疊在舊的生物岩體之上。

久而久之,生物岩體最終堆積成了珊瑚礁。

現代的珊瑚礁按照地理位置可以分為岸礁、堡礁和環礁。

岸礁是緊靠海岸生長的珊瑚礁;堡礁離海岸則有一定的距離;而環礁通常呈圓形或馬蹄形,中央有一個淺淺的瀉湖。

這三種主要的珊瑚礁類型實際上代表了下沉的火山島周圍珊瑚生長的連續階段。

 

  古生物學家發現,古生代和中生代的珊瑚礁也相當發育,而通過對這些古代珊瑚礁分佈規律的研究發現,地球的赤道在漫長的地質年代埵b不斷地發生著變化,其位置隨著時代的推移在有規律地向南轉移。

 

  非造礁珊瑚適應的範圍較廣,一般多生活在溫度為攝氏4.5度到10度的海水中,個別種類甚至在攝氏零下1.1度的海水中也能生活。

它們在淺海、深海堻ㄕ酗嬪G,有些甚至可以生活在6000米深的海底。

 

 熱帶島國馬爾代夫-完全由珊瑚礁島嶼組成

 

  一些科學家認為,珊瑚外壁表面的生長線的生長規律與季節性的溫度變化和營養物質供應情況的週期性變化有關,因而把這種生長線與時間概念聯繫了起來。

 

現代珊瑚的生長線是每晝夜生長一圈,每28圈生長線構成一個生長帶,也就是相當於一個陰曆月(28天)的週期。

通過對各個地質時期的四射珊瑚化石生長線的觀察和計算,古生物學家推算出了與天文方法的計算基本相符的時間數字。

泥盆紀的四射珊瑚每年有400圈左右的生長線,石炭紀則為385圈至390圈,這表明地質時期從古到今一年中的天數在逐漸減少,而一天的時數卻在逐漸增加。

這樣的結果證明了地球自轉的速度在有規律地變慢!

小小的珊瑚,竟然還能作為記錄地質歷史過程中的時間的鐘呢!

其他的古腔腸動物

水螅

 

  除了珊瑚之外,腔腸動物還包括水螅和水母。

  腔腸動物和海綿動物都屬於二胚層動物,但是它們比海綿動物高級,因為它們已經有了神經細胞和原始肌肉細胞的分工。

 

腔腸動物還具有消化食物的中央腔,這個腔也稱為消化腔或腸腔,正是這個腔的存在使它們有了“腔腸動物”的名稱。

這個腔還有一個有趣的特點,就是它不象高等動物那樣有兩個口——一個食物的進口和一個排泄物的出口,它只有一個口,既是食物的進口,也是排泄物的出口。

 

腔腸動物早在前寒武紀就已經出現在地球上的海洋堣F。

澳大利亞前寒武紀埃迪卡拉動物群中發現的化石中76%都是腔腸動物,其中主要的都是原始的水母類。

可見,前寒武紀的地球海洋真可謂是一個水母的世界。

寒武紀以來,腔腸動物的其他各個門類相繼興起,直到今天它們仍然非常繁盛,目前已知的腔腸動物共有9千到1萬種左右。

 

水母

  根據身體的結構,科學家首先把腔腸動物分成了兩個亞門:刺胞亞門和無刺胞亞門。

刺胞亞門包括水螅綱、原始水母綱、缽水母綱和珊瑚綱共4個綱。

而無刺胞亞門只有櫛水母綱這一個綱,而且它們都是現代動物,沒有發現化石代表。

 

  水螅綱動物大多數都是海生動物,少數棲息在淡水中。

它們的外形多種多樣,但基本類型就是水螅型和水母型兩種類型。

 

大部分的水螅綱動物在一生中都有水螅型和水母型的世代交替現象,少數種類沒有水母型或水母型不發達,也有一些種類則沒有水螅型或水螅型不發達。

水螅型的動物個體都很小,一般直徑不超過23釐米,

不如珊瑚蟲綱動物的水螅型個體大,外形有袋狀、杯狀、圓柱狀,多為群體生活。

海蟄

 

  層孔蟲類是水螅綱的化石代表,自寒武紀出現,一直延續到白堊紀,而後滅絕。

它們都是在海底營固著底棲生活的造礁生物,志留紀和泥盆紀是它們的極盛時期,也是造礁的主要時期。

原始水母綱的水母體形狀有橢圓形和盤形,它們從前寒武紀出現後,到了奧陶紀就滅絕了。

 

缽水母綱全部是海洋生物,自由游泳或營固著生活。

它們當中的大多數成員都是大型的水母,例如我們熟悉並經常食用的海蟄就是一種缽水母動物。

錐石亞綱是缽水母類中的主要化石代表動物,它們的化石主要發現在好望角早期到二疊紀的地層堙A尤其以志留紀和泥盆紀地層中發現的最多。

(資料來源:中國科普博覽)

 

(六)古今蠕蟲

古今蠕蟲

  300多年前的18世紀,生物學的系統分類還很不完善。

當時的著名分類學家林耐把那些身體大致呈長形、缺少外骨骼、運動方式為靠皮膚肌肉收縮和體液壓力進行蠕動的“蟲子”統稱為蠕蟲動物。

 

實際上,所謂蠕蟲動物是許多原始的剛剛有三胚層身體結構的動物的統稱,它包括了許多龐雜的類群。

所謂三胚層:

就是在類似於珊瑚或是海綿那樣的只有內、外兩個胚層的動物的身體結構基礎上又在內胚層和外胚層之間形成了中胚層。

 

  除了中胚層產生之外,所有的蠕蟲動物也還有一些其他的共同特點,如身體兩側對稱、身體分節、形成了雛形的附肢-疣足等。

 

  根據有無體腔的形成,科學家把蠕蟲動物首先分為:

無體腔、假體腔和真體腔三大類。

其中,無體腔蠕蟲動物包括扁形動物門和紐蟲動物門兩大門類!

假體腔蠕蟲動物包括包括線蟲動物門、線形動物門、輪蟲動物門、腹毛動物門、動吻動物門和棘頭動物門!

而真體腔蠕蟲動物則包括螠門、星蟲門、鰓曳動物門和環節動物門。

 

  無體腔蠕蟲動物和假體腔蠕蟲動物保存下來的化石非常稀少,僅有一些寄生類化石、印痕化石等。

    真體腔蠕蟲動物的遺體化石也很少,但是蟲顎(蟲牙)和遺跡化石較為豐富。

20世紀90年代,我國科學家在雲南省澄江地區發現了大量的寒武紀古生物化石,被稱為“澄江動物群”,其中就有屬於鰓曳動物門的蠕蟲動物遺體化石,如帽天山蟲、環飾蠕蟲和古蠕蟲等。

這些5億多年前潛居在古海洋海底泥砂中的古老生物,為科學家研究地球早期的動物進化,及地球早期生態環境提供了難得的線索。

 

古今腕足動物

 長身貝

 

  腕足動物是生活在海底的一大類有殼的無脊椎動物,它們的兩瓣殼大小不一樣,殼質是鈣質或幾丁磷灰質。

腕足動物在幼蟲期要度過幾天到兩個星期的時間營浮游生活,然後長出肉莖附著于海底營固著生活,不過也有一些種類是以次生膠結物、或殼刺固著于海底或自由躺臥著生活。

 

  現代仍有7個超科、84個屬、將近300種的腕足動物生活著,而在地質歷史時期它們就更繁盛了,從6億年前的寒武紀到1萬年前的第四紀都有化石記錄,截止到1979年時已經被科學家描述過的屬就有3377個,種數則超過了32000個。

這些林林總總的腕足動物化石在確定地質時代上有著重要的意義。

 

梟頭貝——一種穿孔貝類

 

  科學家把腕足動物分成了4個綱:

無鉸綱、始鉸綱、具鉸綱和腕鉸綱。

 

其中,無鉸綱包括舌形貝目、乳孔貝目、神父貝目和髑髏貝目;始鉸綱包括三分貝目和尼蘇貝目;

具鉸綱包括正形貝目、五房貝目、扭月貝目和長身貝目;

腕鉸綱則包括小嘴貝目、穿孔貝目、無洞貝目、無窗貝目和石燕目。

 

  現代腕足類動物在淺海、半深海和深海環境堻ㄕ陬o現,而且最適合於在正常鹽度的海洋堨肮﹛C

淡化的海中除了舌形貝之外很少發現有其他的腕足動物,例如波羅的海和其他北歐海域沒有腕足類就是因為鹽度較低造成的。

現代腕足類動物在砂質海底、岩石海底和粘土泥質海底都有分佈。

其中,穴居的舌形貝類喜歡砂質海底,固著生活的腕足類則喜歡岩石海底或含有碎礫和碎殼的海底。

現代腕足類還經常與藻類、珊瑚、蠕蟲、軟體動物和棘皮動物等共生在一起。

 

 石燕

 

  化石腕足類在各類沉積岩中都有發現,不過以灰岩、泥灰岩、葉岩和粉砂岩中出現的較多,而且保存得也較好。

古生代的腕足類化石經常出現在礁石地層中,與珊瑚、層孔蟲、苔蘚蟲以及海綿等生活在正常淺海中的動物共生在一起,因此可以推測當時的腕足動物也是生活在鹽度正常的淺海之中。

 

中生代以後的腕足動物開始出現了與深海生物共生的類型,而且從化石資料上還可以看出腕足類、從陽光充足的淺海向弱光半深海直到深海散佈的過程,而正是這樣的過程才使得今天的海洋堣ㄩ猻O淺海、半深海還是深海都有了腕足動物在生活著。

 

古苔蘚動物

 苔蘚蟲

 

  苔蘚動物與植物堛滬a蘚可是兩回事!

它們是一類個體微小的原始水生群體動物。

不過,它們比蠕蟲動物的身體構造要進化一些,具有三胚層和真正的體腔,而且身體不分節。

它們之所以被稱為“苔蘚動物”或“苔蘚蟲”,只是由於它們的群體形態在外形上很像苔蘚植物而已。

同時因為它們總是營群體生活,所以又被叫做“群蟲”。

 

大部分苔蘚蟲都生活在海洋堙A只有極少數種類生活在淡水中。

科學家把它們分成窄唇綱、裸唇綱和護唇綱三個綱。

其中,窄唇綱包括環口目、泡孔目、變口目和隱口目4個目,

裸唇綱只有櫛口目和唇口目兩個目,

而護唇綱只是一個完全生活在淡水堛澈雂p的一個類群。

 

  海洋中的苔蘚蟲能夠適應各種溫度和深度的環境。

現代苔蘚蟲從海濱區的潮間帶到5500米的深海都有分佈,從溫暖的海洋到寒冷的極區海水中均能生存,可見苔蘚蟲的適應性是多麼地強大。

 

不過,大多數的苔蘚蟲還是繁盛于正常鹽度和比較清潔的溫暖淺海中,一般在25米到60米的水深範圍內最多。

但是,苔蘚蟲並不是在這些水體埵菪挬慦a的動物,它們是底棲固著或附生在其他物體上的動物。

它們能夠適應各種不同性質的海底,還常常附生在腕足動物和軟體動物的硬殼上,有的還能夠附著在海藻上生長。

 

最早的苔蘚蟲化石發現在奧陶紀早期的地層中。

在苔蘚蟲中,櫛口目是比較原始的一個類群,它們自奧陶紀出現以後一直延續到現代,但是演化很少,化石也不多。

而作為苔蘚蟲的第一個繁盛期,奧陶紀中還出現了變口目、泡孔目、隱口目、環口目和櫛口目苔蘚蟲。

泥盆紀到石炭紀是苔蘚蟲的第二個繁盛期,上述各個目依然存在,但是隱口目卻顯得特別地繁盛。

變口目、泡孔目和隱口目到了二疊紀的末期就已經開始趨於滅絕,只有一些孑遺延續到了三疊紀。

苔蘚蟲的第三個繁盛期是侏羅紀到白堊紀,此時環口目大量興盛,成為統治性的苔蘚蟲類,唇口目開始出現並也得到了大量的發展。

苔蘚蟲的第四個繁盛期是直到現代的新生代,這一時期唇口目極其發展,繁盛度超過了環口目,成為苔蘚蟲類中生物多樣性最豐富、發展最高級的一個目,在現代海洋埵據著統治地位。

(資料來源:中國科普博覽)

 

52日編訂完稿)