化石之谜

在前面的学习中，我们学习了遗传和变异的知识，知道了生物的性状如何传递，以及为什么会产生差异。这些知识帮助我们理解了个体之间的不同，以及家族、物种里多样性的由来。但是，生物的故事远不止于此。如果我们把目光投向更久远的过去，会发现一个更加神奇而深刻的现象：地球上的生物并不是一直都是现在这个样子的。

试想一下，几亿年前的地球是什么样？在那时，地面上没有我们熟悉的花草树木，也没有现代的鸟兽虫鱼，而是生活着许多与今天截然不同的古老生物。有的生物体型巨大，有的长相奇特，有的则早已在漫长的岁月中灭绝了。我们如今能见到的大多数生物，在那个时代还没有出现，或者还处于非常原始的状态。地球的生命世界经历了怎样的变迁？这些神秘的生物是如何来的？又是如何消失的？

那我们又是如何知道这些久远过去的事情呢？答案就在地层深处沉睡着的化石。化石就像是自然留给我们的时空信使，无声地记载着生命起源、发展、演变和灭绝的故事。它们为科学家们揭开了一个又一个关于生命演化的谜团。

生物是如何变化的？这些变化又是怎样发生的？在大自然的历史长河中，有哪些重大的生物更替和演化事件？又是什么因素推动了这些巨大的转变？让我们带着这些问题，跟随化石的足迹，去探索生命演变的奥秘，重温地球生物的辉煌与沧桑，感受生命历史的波澜壮阔！

远古的信息

什么是化石呢？简单地说，化石就是保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或遗迹。它们就像是远古生物留给我们的“照片”，记录着数百万年甚至数亿年前生命的模样。

化石的形成需要特殊的条件。当一个生物死亡后，它的遗体通常会很快腐烂消失，但如果恰好被泥沙快速掩埋，与空气隔绝，就有可能保存下来。在漫长的岁月中，生物的遗体被一层层沉积物覆盖，承受着巨大的压力。遗体中的有机物质逐渐被矿物质替代，变成了石头一样的东西，这就是化石。整个过程可能需要几千年、几万年甚至几百万年。

化石的种类很多。最常见的是实体化石，就是生物遗体本身变成的化石，如恐龙的骨骼化石、古代植物的叶子化石。还有遗迹化石，保存的是生物生活时留下的痕迹，如恐龙的脚印、古代动物的粪便。还有模铸化石，生物的遗体腐烂后在岩石中留下空腔，这个空腔保留了生物的外形。

化石为什么重要呢？因为化石是研究古代生物最直接、最可靠的证据。通过研究化石，科学家可以了解古代生物的形态、大小、生活习性，可以推断它们生活的年代和环境，还可以追溯生物演变的历史。可以说，化石是一本记录生命历史的“石头书”，虽然不会说话，却告诉了我们关于生命演变的许多秘密。

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中国的恐龙化石宝库

说到化石，不得不提恐龙化石。恐龙是生活在距今约2.3亿年到6500万年前的一类爬行动物，它们曾经是地球的主宰，统治了地球长达1.6亿年。中国是世界上恐龙化石最丰富的国家之一，许多重要的恐龙化石都是在中国发现的。

在四川自贡，有一个举世闻名的恐龙化石遗址。1972年，人们在自贡市大山铺发现了大量的恐龙化石，这些化石密集程度令人惊叹，被称为“恐龙公墓”。在这里发掘出的恐龙化石包括蜀龙、太白华阳龙、大山铺肉食龙等，它们生活在距今约1.6亿年前的侏罗纪时期。现在这里建立了自贡恐龙博物馆，成为世界三大恐龙遗址博物馆之一。

在云南禄丰，发现了大量的禄丰龙化石。禄丰龙是一种原蜥脚类恐龙，生活在距今约1.8亿年前。它们体型庞大，长达6到9米，是植食性恐龙。禄丰龙化石的发现，对研究恐龙的起源和早期演化具有重要意义。

在辽宁西部，有一个更加神奇的化石宝库。这里发现的化石不仅包括恐龙，还包括早期的鸟类、哺乳动物、昆虫、植物等，而且保存得非常完好，连羽毛、皮肤的印痕都清晰可见。最著名的是中华龙鸟，这是一种小型的恐龙，身体上覆盖着原始的羽毛状结构。中华龙鸟的发现轰动了全世界，因为它为鸟类起源于恐龙提供了有力的证据。

辽宁西部还发现了许多带羽毛的恐龙化石，如尾羽龙、小盗龙、北票龙等。这些发现改变了人们对恐龙的认识，原来很多恐龙身上是有羽毛的，而不是像电影里常常描绘的那样只有鳞片。这些带羽毛的恐龙和鸟类的关系非常密切，成为研究鸟类起源的重要材料。

下表列出了中国几个重要的恐龙化石产地及其特点：

从这个表格可以看出，中国的恐龙化石分布广泛，种类丰富，时代跨度大，为研究恐龙的演化和灭绝提供了宝贵的材料。

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化石告诉我们生物在变化

通过研究化石，科学家发现了一个重要的规律：不同地层中的化石是不同的。在古老的地层中，发现的是一些结构简单、种类较少的生物化石。在较新的地层中，发现的是一些结构复杂、种类较多的生物化石。而且，在不同的地层中，许多生物只在某些地层中出现，在其他地层中消失了。

比如，三叶虫是一种古老的节肢动物，生活在距今约5.4亿年到2.5亿年前的古生代。在古生代的地层中，三叶虫的化石非常丰富，种类繁多。但是到了中生代的地层，三叶虫就完全消失了。这说明三叶虫在古生代繁盛，但后来灭绝了。

恐龙的化石主要出现在中生代的地层中，特别是侏罗纪和白垩纪。在更古老的古生代地层中，找不到恐龙的化石。在更新的新生代地层中，恐龙化石也消失了。这说明恐龙是在中生代出现、繁盛，然后在中生代末期灭绝的。

哺乳动物的化石在中生代的地层中非常少，而且都是一些小型的原始哺乳动物。但在新生代的地层中，哺乳动物的化石突然增多，种类也非常丰富，包括各种各样的哺乳动物。这说明哺乳动物是在新生代才大规模发展起来的。

这些现象说明了什么呢？它们说明，地球上的生物不是一成不变的，而是随着时间不断变化的。有些生物出现了，有些生物消失了；有些生物变得复杂了，有些生物保持简单。这种生物随时间的变化过程，就叫做“生物进化”。

下图展示了地球生命演化的主要阶段：

从图表可以看出，生物的多样性在不断变化。海洋生物最早出现，经历了多次起伏。陆地生物出现较晚，但发展迅速，特别是在恐龙灭绝之后，陆地生物的多样性快速增长。

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始祖鸟

在生物进化的研究中，有一种化石特别重要，那就是始祖鸟。始祖鸟被称为“连接恐龙和鸟类的桥梁”，它的发现为鸟类起源于恐龙提供了强有力的证据。

1861年，在德国巴伐利亚的索伦霍芬地区，人们在距今约1.5亿年前的侏罗纪晚期地层中发现了一块奇特的化石。这块化石既有鸟类的特征，又有爬行动物的特征，科学家把它命名为始祖鸟。

始祖鸟有哪些鸟类的特征呢？首先，它有羽毛，而且羽毛的结构和现代鸟类很相似，说明它可能已经具有飞行能力。其次，它的前肢变成了翅膀，虽然还保留着爪子。它的身体轻盈，骨骼中有气囊，这也是鸟类的特征。

但是，始祖鸟也有许多爬行动物特别是恐龙的特征。它有长长的尾巴，尾巴上有许多骨节，这和爬行动物很像，而现代鸟类的尾巴已经退化了。它的嘴里有牙齿，而现代鸟类都没有牙齿。它的前肢（翅膀）上有三个带爪的手指，这也是爬行动物的特征。它的骨盆结构和恐龙相似。

这种既像鸟又像爬行动物的特征，使始祖鸟成为连接两类动物的“过渡类型”。它说明，鸟类很可能是从某种小型恐龙演化而来的。始祖鸟就是处在这个演化过程中的一个阶段，它已经具有了一些鸟类的特征，但还保留着许多爬行动物的特征。

后来，在中国辽宁发现的大量带羽毛恐龙化石，进一步证实了这个推断。这些恐龙虽然不会飞，但身上已经有了羽毛，说明羽毛最初可能不是用来飞行的，而是用来保温或者展示。随着时间的推移，一些小型恐龙的前肢逐渐变长，羽毛逐渐变得适合飞行，最终演化成了鸟类。

下表对比了始祖鸟、恐龙和现代鸟类的主要特征：

从这个表格可以看出，始祖鸟处于恐龙和现代鸟类之间的过渡阶段，它具有两者的混合特征。这种过渡类型的存在，是生物进化的重要证据。

长颈鹿的脖子为什么那么长

生物为什么会进化？是什么力量推动了生物的变化？科学家通过长期的观察和研究，发现生物进化的主要动力是自然选择。

让我们通过长颈鹿的例子来理解自然选择。现在的长颈鹿脖子很长，可以吃到高处的树叶，这是它们的优势。但是，长颈鹿的祖先脖子并不长，和普通的鹿差不多。那么，长颈鹿的脖子是怎么变长的呢？

在远古时代，长颈鹿的祖先生活在非洲的草原上，以树叶为食。那时候，这些鹿的脖子长短不一，有的长一点，有的短一点。这种差异就是我们在上一章学过的变异。

当食物充足的时候，脖子长短都能吃到树叶，所以对生存影响不大。但是，当干旱来临，低处的树叶被吃光了，只剩下高处的树叶时，情况就不同了。脖子长的鹿能够吃到高处的树叶，因此能够生存下来；脖子短的鹿够不着高处的树叶，可能因为食物不足而死亡。

这样，脖子长的鹿生存下来，繁殖后代，把脖子长的特征传给了下一代。而脖子短的鹿被淘汰了，没有留下后代。在下一代中，又有脖子长短的变异，脖子长的继续生存，脖子短的继续被淘汰。就这样，经过许多代的选择，长颈鹿的脖子越来越长，最终形成了今天我们看到的样子。

这个过程就叫做自然选择。环境就像一个筛子，把不适应环境的个体筛掉，把适应环境的个体留下来。适应环境的个体生存下来，繁殖更多的后代，把有利的变异传递下去。不适应环境的个体被淘汰，不利的变异就消失了。经过长时间的自然选择，生物就会朝着适应环境的方向发展，这就是进化。

自然选择的例子还有很多。比如北极熊的白色皮毛，这让它们在雪地里不容易被发现，方便捕猎。比如仙人掌的叶子退化成刺，这减少了水分的蒸发，适应了沙漠的干旱环境。比如变色龙能够改变体色，这让它们能够隐藏自己，避免被天敌发现。这些都是生物适应环境的结果。

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人类的祖先

人类是从哪里来的？这是一个古老而又引人深思的问题。通过化石的研究，科学家已经基本搞清楚了人类演化的历程。

人类和猿类有共同的祖先，这个祖先叫做古猿，生活在距今约1400万年前。后来，由于环境的变化，一部分古猿生活在茂密的森林中，继续在树上生活，它们的后代演化成了今天的各种猿，如黑猩猩、大猩猩、猩猩等。另一部分古猿走出森林，来到开阔的草原上生活，它们的后代经过漫长的演化，最终变成了今天的人类。

从古猿到人类，经历了几个重要的阶段。首先是直立行走。当古猿来到草原上，为了看得更远，发现远处的猎物和天敌，它们开始尝试站立起来。经过长期的演化，它们的后肢越来越粗壮，脊柱变得更加适合直立，最终能够长时间直立行走。直立行走是人类演化的关键一步，它解放了前肢，使前肢能够做更多的事情。

其次是使用工具。前肢解放后，古人类开始使用石块、木棒等简单的工具。最初可能只是捡起石头砸开坚果，或者用木棒挖掘植物的根茎。后来，他们学会了制造工具，把石头打制成各种形状，用于不同的用途。使用和制造工具促进了大脑的发育，使古人类变得越来越聪明。

再次是大脑的发育。使用工具需要更复杂的思维，这促进了大脑的发展。古人类的脑容量不断增大，从最早的南方古猿约450毫升，到能人约650毫升，到直立人约1000毫升，到智人约1400毫升，和现代人基本相同。大脑的发育使人类具有了复杂的思维能力，能够制造更复杂的工具，能够使用语言交流，能够进行抽象思维。

最后是语言的产生。随着大脑的发育和社会生活的需要，人类逐渐产生了语言。语言使人类能够更好地交流，能够把知识和经验传递给下一代，能够组织更复杂的社会活动。语言的产生是人类文明发展的基础。

在中国，也发现了许多重要的古人类化石。1929年，在北京周口店发现了北京猿人（北京直立人）的化石，距今约50万年。北京猿人已经能够直立行走，能够使用火，能够制造简单的石器，是人类演化史上的重要一环。

1965年，在云南元谋发现了元谋人的化石，距今约170万年，是中国发现的最早的人类化石。1987年，在陕西蓝田发现了蓝田人的化石，距今约80万年。这些化石为研究人类起源和演化提供了宝贵的材料。

下图展示了人类演化的主要阶段和脑容量的变化：

从图表可以看出，人类的脑容量在演化过程中不断增大，这反映了人类智力的不断提高。

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进化论的意义

通过化石的研究和对生物多样性的观察，科学家建立了进化论。进化论的核心思想是：地球上的所有生物都有共同的祖先，它们通过漫长的演化过程，逐渐形成了今天丰富多彩的生物世界。

进化论的提出，对人类认识世界产生了深远的影响。首先，它揭示了生命的历史。生命不是突然出现的，而是经过几十亿年的演化，从简单到复杂，从低等到高等，逐步发展起来的。每一种生物都有自己的演化历史，都是这个漫长过程中的一环。

其次，它说明了生物之间的联系。所有的生物都有共同的祖先，因此都存在着或近或远的亲缘关系。人类和猿类是近亲，人类和所有的哺乳动物是远亲，人类和所有的生物都有共同的起源。这种认识让我们对生命有了更深的敬畏和尊重。

再次，它解释了生物的适应性。生物之所以能够适应环境，不是因为有什么超自然的力量设计，而是自然选择的结果。那些适应环境的个体生存下来，那些不适应的被淘汰，经过无数代的选择，生物就变得越来越适应环境。

最后，它为人类认识自己提供了科学的基础。人类不是特殊创造的，而是生物演化的产物。人类和其他生物一样，都是自然的一部分，都要遵循自然的规律。这种认识使人类更加谦虚，也更加珍惜自己在地球上的地位。

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珍惜现在的生物多样性

通过化石，我们知道地球上曾经生活过许许多多的生物，但其中大部分都已经灭绝了。恐龙曾经统治地球1.6亿年，最终还是灭绝了。三叶虫曾经是海洋的主宰，也早已消失。猛犸象、剑齿虎这些冰河时期的巨兽，也都成为了历史。

物种灭绝是自然现象，在地球历史上发生过多次大规模的物种灭绝事件。但是，当前的物种灭绝速度远远超过了自然灭绝的速度，主要原因是人类活动的影响。

人类对环境的破坏、对自然资源的过度开发、对野生动物的猎杀、外来物种的入侵等，都导致了物种的快速减少。据科学家估计，目前地球上每天都有几十种生物灭绝，这个速度是自然灭绝速度的1000倍以上。

物种一旦灭绝，就永远不会再出现。每一个物种都是经过几百万年甚至几千万年的演化才形成的，都是大自然的杰作。每个物种的灭绝，都意味着一段独特的演化历史的结束，都是生物多样性的损失。

生物多样性为什么重要？首先，生物多样性是生态系统稳定的基础。不同的生物在生态系统中发挥着不同的作用，它们相互依存，相互制约，共同维持着生态系统的平衡。如果某些物种灭绝，可能会影响整个生态系统的稳定。

其次，生物多样性是人类生存的保障。人类的食物、药物、工业原料等许多物质都来自生物。许多药物是从植物中提取的，许多工业原料是从生物中获得的。如果生物多样性减少，人类可能会失去许多宝贵的资源。

另外，生物多样性是科学研究的宝库。每一种生物都有独特的生物学特性，研究这些特性可以帮助我们更好地认识生命，开发新技术。比如，研究壁虎的脚掌，科学家发明了仿生胶带；研究莲叶的表面结构，发明了自洁涂料。如果生物灭绝了，这些宝贵的启示也就永远失去了。

因此，保护生物多样性不仅是保护其他生物，也是保护人类自己。我们要从现在做起，从身边的小事做起，不伤害野生动物，不破坏自然环境，节约资源，减少污染，为子孙后代留下一个生机勃勃的地球。

中国政府非常重视生物多样性保护，建立了许多自然保护区，保护珍稀濒危物种。比如四川的大熊猫自然保护区，保护国宝大熊猫；吉林的长白山自然保护区，保护东北虎、梅花鹿等珍稀动物；云南的西双版纳自然保护区，保护热带雨林生态系统。这些努力取得了显著成效，许多濒危物种的数量有所回升。

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本节练习

第1题：什么是化石？化石是如何形成的？化石对研究生物进化有什么重要意义？

第2题：始祖鸟被称为“连接恐龙和鸟类的桥梁”。请说明始祖鸟有哪些鸟类的特征，又有哪些爬行动物的特征？这说明了什么？

第3题：请用自然选择的原理解释：北极熊为什么有白色的皮毛？

第4题：人类和猿类有什么关系？从古猿到人类经历了哪些重要的演化阶段？

第5题：在地球历史上，许多物种都灭绝了，比如恐龙、三叶虫、猛犸象等。物种灭绝是自然现象，为什么我们还要保护现在的生物多样性？