第一章 生命的曆程
生命的起源
地球在宇宙中形成以後，開始是沒有生命的。經過了一段漫長的化學演化，就是說大氣中的有機元素氫、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各種能源（如閃電、紫外線、宇宙線、火山噴發等等）的作用下，合成有機分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氫、氨、磷酸等等）。這些有機分子進一步合成，變成生物單體（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）。這些生物單體進一步聚合作用變成生物聚合物。如蛋白質、多糖、核酸等。這一段過程叫做化學演化。蛋白質出現後，最簡單的生命也隨著誕生了。這是發生在距今大約36億多年前的一件大事。從此，地球上就開始有生命了。生命與非生命物質的最基本區別是：它能從環境中吸收自己生活過程中所需要的物質，排放出自己生活過程中不需要的物質。這種過程叫做新陳代謝，這是第一個區別。第二個區別是能繁殖後代。任何有生命的個體，不管他們的繁殖形式有如何的不同，他們都具有繁殖新個體的本領。第三個區別是有遺傳的能力。能把上一代生命個體的特性傳遞給下一代，使下一代的新個體能夠與上一代個體具有相同或者大致相同的特性。這個大致相同的現象最有意義，最值得我們注意。因為這說明它多少有一點與上一代不一樣的特點，這種與上一代不一樣的特點叫變異。這種變異的特性如果能夠適應環境而生存，它就會一代又一代地把這種變異的特性加強並成為新個體所固有的特征。生物體不斷地變異，不斷地遺傳，年長月久，周而複始，具有新特征的新個體也就不斷地出現，使生物體不斷地由簡單變複雜，構成了生物體的係統演化。
地球上早期生命的形態與特性。地球上最早的生命形態很簡單，一個細胞就是一個個體，它沒有細胞核，我們叫它為原核生物。它是靠細胞表麵直接吸收周圍環境中的養料來維持生活的，這種生活方式我們叫做異養。當時它們的生活環境是缺乏氧氣的，這種喜歡在缺乏氧氣的環境中生活的叫做厭氧。因此最早的原核生物是異養厭氧的。它的形態最初是圓球形，後來變成橢圓形、弧形、江米條狀的杆形進而變成螺旋狀以及細長的絲狀，等等。從形態變化的發展方向來看是增加身體與外界接觸的表麵積和增大自身的體積。現在生活在地球上的細菌和藍藻都是屬於原核生物。藍藻的發生與發展，加速了地球上氧氣含量的增加，從20多億年前開始，不僅水中氧氣含量已經很多，而且大氣中氧氣的含量也已經不少。細胞核的出現，是生物界演化過程中的重大事件。原核植物經過15億多年的演變，原來均勻分散在它的細胞裏麵的核物質相對地集中以後，外麵包裹了一層膜，這層膜叫做核膜。細胞的核膜把膜內的核物質與膜外的細胞質分開。細胞裏麵的細胞核就是這樣形成的。有細胞核的生物我們把它稱為真核生物。從此以後細胞在繁殖分裂時不再是簡單的細胞質一分為二，而且裏麵的細胞核也要一分為二。真核生物（那時還沒有動物，可以說實際上也隻是真核植物）大約出現在20億年前。性別的出現是在生物界演化過程中的又一個重大的事件，因為性別促進了生物的優生，加速生物向更複雜的方向發展。因此真核的單細胞植物出現以後沒有幾億年就出現了真核多細胞植物。真核多細胞的植物出現沒有多久就出現了植物體的分工，植物體中有一群細胞主要是起著固定植物體的功能，成了固著的器官，也就是現代藻類植物固著器的由來。從此以後開始出現器官分化，不同功能部分其內部細胞的形態也開始分化。由此可見，細胞核和性別出現以後，大大地加速了生物本身形態和功能的發展。
生物的來源
地球上的生物，形形色色。舉幾個例子來說，鯨，身長最高紀錄是33米，重達150噸，號稱動物中“第一號巨人”。陸地上最大的動物要算是非洲象，體長4.5米，身高3.5米，重達5噸。長頸鹿是陸地上最高的動物，當它伸直脖子吃樹上的葉子時，足有6米多高。植物界的“巨人”更多，如巨杉可以長到100多米高。可是，肉眼所看不見的生物也頗不少，像細菌，一些纖毛蟲，變形蟲等，要量一下它們的體長、體寬隻能用微米（千分之一毫米）來作單位，必須借助顯微鏡，才能看清它們身體的構造。
自然界的生物，適應環境的能力也是驚人的。由昆蟲傳粉的花，一般都芳香而美麗，並分泌花蜜，這些特點都有利於吸引昆蟲的光顧。借風力傳粉的花往往顏色不鮮豔，也無香氣，但花粉量多而輕，適於隨風飄揚。再看道邊長的野草，不是莖稈堅韌就是匍伏在地麵生長，生命力頑強，很耐踐踏。在動物中也有好的例子：地下麵居住的鼴鼠，前肢長成鏟狀，是它挖掘隧道的“利器”；鷹的前肢卻形成了強大的翅膀，靠這有力的雙翼，就能在天空翱翔。
生物的形態，構造千奇百怪，適應能力又無奇不有，這叫生物的多樣性。生物一麵有多樣性，一麵又有統一性。不管多麼不相同的生物，它們都是由細胞構成的身體，都能進行新陳代謝，對刺激都有發生反應的能力，都有生殖和生長發育的能力，都有遺傳和變異。以上就是它們的統一性。
狗生狗，貓生貓。狗的後代總是像狗，貓的後代總是像貓，這是遺傳現象。但是母狗一胎生下的幾隻小狗的大小、毛色……總是存在一些差異，可以說世界上沒有完全相同的兩隻狗，這就是變異。由於生物存在著個體差異（即變異），在生物的曆史發展過程中，對生存有利的變異會得到保存；同時對生存有害的變異又會受到淘汰。在漫長歲月裏，久而久之，就改變了生物的適應性，發生了生物類型的改變。
在地球曆史發展過程中，今天千差萬別的生物，都是從原始生物逐漸進化而來的，所以今天各種各樣的生物看來是形形色色，但還保持著基本的統一性。
水生植物艱難登陸
大約在8億年前，多細胞藻類就已經形成固著器，能夠把藻體固定在岩石、礫石乃至灘塗沼澤水邊生活的本領。多細胞藻類固著器的出現，是藻類發展史上的一次大飛躍。地表紫外線不斷減弱，為一些能夠固著生活的藻類不斷向水岸邊靠攏，向水邊遷移，以便接受更多的陽光，更好地進行光合作用，製造更多的有機物，加速自身的發展創造了條件。這是內陸湖泊岸邊灘塗或沼澤水域的情況。對於在海洋中生活的藻類，它當然也會在不斷地由潮下帶向低潮帶高潮帶直奔潮上帶，這樣一個途經遷移的速度必須要跟隨在紫外線相應減弱程度的後麵。到了距今4.3億年前的誌留紀早期，臭氧層增厚的程度，已經使紫外線相應地減弱到能使部分水生植物到陸地上生活成為可能。
多樣性大爆發
植物從水生環境進入到陸地生活的環境中，由於環境發生了本質性改變，不得不使它本身的形態也要跟著發生改變。在水生的環境中，它全身可以從水中吸收水分和溶解在水中的二氧化碳來進行光合作用，把太陽能轉變成有機物貯存起來，到了陸地上生活以後，植物接受太陽光照射的強度大大強於水中，植物體的體表要蒸發掉植物體內的大量水分，因此相應地對水分的需要量也大大地增加。但是從這時候開始，植物體吸收水分的麵積卻大大地減少，對已經闖過了沒有被紫外線殺死的植物體，如果不及時調整本身內、外部的機能與形態結構，它也要因來不及吸收大量水分而幹死。因此，它著地的一麵必須要能夠適應加快吸收水分的本領，才能滿足曝露在空氣中的部分對水分大量消耗的需要。
最早到達陸地上生活的植物體表麵全是光禿禿的。沒有根、莖、葉之分。這種光禿禿一根棍子樣的東西叫軸器官。後來曝露在空氣中的軸向著盡可能多地接受太陽光的方向發展，因此出現了分叉。分叉使空間部分加重了負擔，因此著地部分也要進行分叉，加強固著。中間部分也要及時相應地加強強度才能與空間部分增加重量相適應。後來空間部分不但分叉，而且在軸的表麵由表皮細胞長出細刺，這些細刺經過一代又一代的發展後，一代比一代粗，一代比一代長。軸的中段靠細胞的滲透作用把貼在地上的軸所吸收來的水分轉送到地上部分去，再把地上部分光合作用後所製造的有機物輸送給地下部分，已滿足不了繁重的上下之間的運輸要求。於是，軸的中段部分不但要能夠承擔上麵的重量，而且中段部分的細胞必須要變成能夠承擔下麵向上麵加速輸送水分、無機鹽和上麵向下麵加速輸送養料的功能，才能維持植物本身上下之間供需的平衡，在陸地上生存。因此軸的中段細胞開始分工，分化出不同功能的部位，出現了不同形態的細胞群。植物體中不同功能部位裏的不同形態的細胞群我們稱它為組織，比如軸表麵的細胞個體小、壁厚，對植物體能起保護作用的叫保護組織。莖中央一組細胞個體呈細長管狀，細胞壁很厚，在這種管狀細胞的壁上還出現有規律的木質化加厚，這組細胞稱它為木質部，木質部的功能是把著地部分吸收來的水和無機鹽輸送到地上部分的軸端。它還具有對地上部分重力的支持作用。在木質部的外邊套上一圈細胞較細長、細胞壁較薄的細胞群，這組細胞群我們叫它為韌皮部，它的功能是把地上部分光合作用所製造出來的有機養料，輸送到地下部分。在軸的中央皮層把木質部包住像一根“柱子”，這就是我們稱這“柱子”為中柱的由來。中柱是對植物體的地上部分與地下部分之間行使輸導作用的，所以叫輸導組織。莖中的中柱也叫維管束，不過，通常把維管束這個稱呼用在枝或葉子的葉脈上。因此，根據有無維管束植物可以分為兩大類，一類是沒有維管束的，叫非維管植物。另一類是有維管束的叫維管植物，通常把維管植物也叫做高等植物。最原始的維管植物暴露在空氣中的主軸部分在加粗軸的同時，其裏麵的中柱也相應地複雜化，最後成了樹幹或枝條。最早軸器官貼在地上的部分，不斷加粗體積，增加分叉或分枝的數目，並不斷向地表深處伸展，後來成了根和根係。莖和根與它們的祖先——軸在形態上都是圓形的，但是葉子的形態卻與其祖先——末級軸的形態大不相同。
那麼葉子是怎麼來的呢？原來葉子沒有誕生以前，植物的體軸朝著兩個方向發展來增加對太陽光的接觸麵積。一個發展方向是：體軸的表皮細胞凸出，形成細刺狀來增加對太陽光的接觸麵積。後來細刺慢慢增粗、加長，有的變成鱗片狀。由於鱗片狀的小型葉的裏麵沒有維管束（即通常所說的葉脈），等於缺乏支持葉子維持一定形狀的骨架，和保證水分和無機鹽與營養物質進行上下交換的輸導組織。因此這不僅限製了葉子本身向更大的麵積發展，而且也限製了對光合作用效率的提高。距今3.9億年前的泥盆紀早期時，大都是屬於這樣的小型葉。另外一個發展方向是：有些原始陸地植物的地上部分兩分叉的軸器官中，其中有一部分兩分叉的軸器官的頂端扁化，與同一個兩分叉出來的軸經過扁化以後慢慢靠攏、聯合，進而相鄰兩分叉且扁化了的軸之間再相互靠攏、聯合，最後呈楔狀葉，兩分叉且扁化了的軸聯合得越多，楔形葉的形狀越寬。多到一定程度就成了扇形葉，現在常見的草本蕨類植物鐵線蕨，木本植物的銀杏葉子以及被子植物毛茛科的獨葉草都是這種形式。這種葉子中的葉脈，相當於最原始陸地植物軸器官的中柱。在闊葉類植物中，這種脈序是最原始的形式。其他網狀脈（如木蘭葉，楊樹）、平行脈（如稻葉、麥葉），和羽狀脈如（芭蕉）等脈序都是後來才演化成的。葉脈，特別是中脈的產生，不僅方便了葉子內部無機物和有機物之間的交換，而且也為葉子向大型化方向發展提供了支持的保障。被子植物的生殖器官，則是葉子進一步演變並變得麵目全非的結果。
植物中的魔術師
花在我們日常生活中是常見的植物器官，姹紫嫣紅的花人見人愛。婚喪喜事特別是迎送貴賓、慰問親朋好友和隆重的節日更是離不開花。花的學問可多呢！就送花本身來說，對不同的人送花送得得體與否，也能反應送花者的文化修養。比如送老人最好以萬壽菊、鶴望蘭、馬蹄蓮等花卉。送新婚夫婦應以月季、百合、並蒂蓮、菖蘭、紅鬱金香等為上。送病人應色彩豔麗、香氣濃鬱、剛盛開的劍蘭、百合、鶴望蘭、紅罌粟、紅茶花、一串紅等能有較長開花期的鮮花，並配以萬年青和天冬草等綠葉為宜。
更深一層看，花是怎麼產生的？很多人可能沒有想過，它不易找到答案。原來花是植物枝條頂端長葉的地方不是長葉，而是長成了花萼、花瓣、雄蕊、心皮和胚珠的結果。胚珠往往被兩個或幾個心皮聯合起來把它包住、聯合的心皮上端伸長變成花柱。花柱的頂端形成喇叭兒狀的部分叫柱頭。花萼、花瓣是由葉子演化而來的，這很容易被人們理解、接受。雄蕊和雌蕊與葉子的形態差別如此大怎麼會也是由葉子變來的呢，現在介紹一下它們的身世，大概就會一清二楚了。
雄蕊的來曆。別看現在花裏麵的雄蕊形態和構造很簡單。但是它演變成現在這個樣子卻是煞費苦心地花了將近4億年的演變時間。是最相鄰的生長在軸頂的孢子囊彼此聯合，聯合擴大以後的軸成了扁形，有的似葉狀，有的幹脆稱它為“孢子葉”。這種“孢子葉”的孢子囊慢慢地向頂端集中最後成了花藥。葉狀的扁形軸向著變細方向發展最後變成了花絲。花在完成受精後就很快凋謝。此時雄蕊萎落，花瓣離花而去，花萼在有些植物的果實上留下痕跡，但是在有些植物果實中卻保持原樣，不過果實長大以後它就相形見小了。如蠶豆莢、荷蘭豆莢、蕃茄、柑桔和柿子等。唯獨由心皮組成的子房，開花以後變化無窮。它的演變成果比孫悟空七十二變還要多得多。
雌蕊的來龍去脈。從外形看雌蕊，它是由子房、花柱和柱頭三部分組成。子房是由心皮組成的，從內部來看，子房把胚珠嚴密地包住，隻有花粉落在柱頭上萌發後產生的花粉管，才能從花柱中伸進去把精子送到胚珠上受精，其他的東西很難進入子房，就連微生物也都是很難進去的。胚珠在子房的嚴密保護下，使它能保持一定的濕度、得到足夠的養料供應，免受幹燥空氣的威脅，免受菌類和小動物的侵害。加上子房外麵還有一層或多層比它大得多的花瓣以及比它堅實得多的花萼包圍住。這樣使胚珠有多層的安全保障，有充分的營養供應，在受精後順利地發育成種子也就有了充分的保證。這種結構形式是最有利於保護後代繁殖的。胚珠將來發育成種子。胚珠外麵的心皮則發展成為果實。如荷蘭豆莢，我們吃的部分主要是它的心皮，它像不像葉子？其實它就是一片葉子經過漫長時間演變後的產物。從這裏可以看出這種豆莢最早的種子是長在葉子邊緣。葉子慢慢地由縱向對疊，最後它就成了把種子包在裏麵的豆莢。我們吃的西瓜就是由三片邊緣長種子的葉子變來的，也就是說是由三個心皮聯合的結果。從西瓜的橫切麵看，可以見到有三條從中心伸出的明顯物，我們把它比作丁字鎬的把，這是葉子橫切麵的形象，兩側長滿種子的葉緣往外（對西瓜個體來說是向內）方向反卷，就成了西瓜橫切麵的圖形了。冬瓜則相反，它在橫切麵上三條很明顯的丁字鎬鎬把，不是葉子中脈的遺跡，而是相鄰兩葉子各自向外（向葉背方向，對具體的冬瓜來說也就是向瓜心）方向反卷後，兩葉麵相接觸的結果。如果不相信，你在掏冬瓜瓤時試一試三條明顯的“鎬把”是否很容易一分為二地剝開，如果是，就證明它是由兩片葉麵相接觸而形成貌合神離的假隔。其他類如黃瓜、苦瓜、絲瓜，茄類如茄子、蕃茄，以及青（大）椒、辣椒等等，都是屬於類似情形。漂亮的紅香蕉蘋果，它的花蒂一端呈五棱形突起，橫切開來五粒種子呈五角星狀排列。如果理解了上麵的道理以後，一看就知道它是由5片葉子（心皮的前身）演變而來的。想補充一點的是：蘋果的果肉部分還包含了開花時的花托。