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细菌的结构

细菌的结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是各种细菌都具有的结构，包括细菌的细胞壁、细胞膜、细胞质、核质。某些细菌特有的结构称为特殊结构，包括细菌的荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞。

基本构成

细胞膜、细胞质、核糖体

特殊结构

荚膜、鞭毛、菌毛

细菌的形状相当多样，主要有球状、杆状，以及螺旋状。

细菌也对人类活动有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而，人类也时常利用细菌，例如乳酪及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌有也著广泛的运用。

用途与危害

细菌对环境，人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体，导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中，细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理，抗菌素分为杀菌型和抑菌型。

细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于酦酵食物，例如在醋的传统制造过程中，就是利用空气中的醋酸菌（Acetobacter）使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素，例如链霉素即是由链霉菌（Steptomyces）所分泌的。

细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染，称做生物复育（bioremediation）。举例来说，科学家利用嗜甲烷菌（methanotroph）来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。

细菌也对人类活动有很大的影响。例如奶酪及优格的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌有也着广泛的运用。

细菌发电

生物学家预言，21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电，可以追溯到1910年，英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里，成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池，其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过，那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电才有了重大突破，英国化学家让细菌在电池组里分解分子，以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是，在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液，来提高生物系统输送电子的能力。在细菌发电期间，还要往电池里不断地充气，用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。据计算，利用这种细菌电池，每100克糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%，远远高于使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流，且能持续数月之久。

利用细菌发电原理，还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液，就可建立一个1000千瓦的细菌发电站，每小时的耗糖量为200千克，发电成本是高了一些，但这是一种不会污染环境的"绿色"电站，更何况技术发展后，完全可以用诸如锯末、秸秆、落叶等废弃的有机物的水解物来代替糖液，因此，细菌发电的前景十分诱人。

各发达国家如八仙过海，各显神通：美国设计出一种综合细菌电池，是由电池里的单细胞藻类首先利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖，然后再让细菌利用这些糖来发电；日本将两种细菌放入电池的特制糖浆中，让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸，而让另一种细菌将这些酸类转化成氢气，由氢气进入磷酸燃料电池发电；英国则发明出一种以甲醇为电池液，以醇脱氢酶铂金为电极的细菌电池。

而且，各种不同的细菌电池相继问世。例如有一种综合细菌电池，先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖，然后再让细菌利用这些糖来发电。还有一种细菌电池则是将两种细菌放入电池的特制糖浆中，让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸，再让另一种细菌将这些酸类转化成氢气，利用氢气进入磷酸燃料电池发电。

人们还惊奇地发现，细菌还具有捕捉太阳能并把它直接转化成电能的"特异功能"。美国科学家在死海和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌，它们含有一种紫色素，在把所接受的大约10%的阳光转化成化学物质时，即可产生电荷。科学家们利用它们制造出一个小型实验性太阳能细菌电池，结果证明是可以用嗜盐性细菌来发电的，用盐代替糖，其成本就大大降低了。由此可见，让细菌为人类供电已不是遥远的设想，而是不久的现实。

细菌益肠胃

身体大肠内的细菌靠分解小肠内部的废弃物生活。这些东西由于不可消化，人体系统拒绝处理它们。这些细菌自己装备有一系列的酶和新陈代谢的通道。这样，它们能够继续把遗留的有机化合物进行分解。它们中的大多数的工作都是分解植物中的碳水化合物。大肠内部大部分的细菌是厌氧性的细菌，意思就是它们在没有氧气的状态下生活。它们不是呼出和呼入氧气，而是通过把大分子的碳水化合物分解成为小的脂肪酸分子和二氧化碳来获得能量。这一过程称为“发酵”。

一些脂肪酸通过大肠的肠壁被重新吸收，这会给我们提供额外的能源。剩余的脂肪酸帮助细菌迅速生长。其速度之快可以使它们在每20分钟内繁殖一次。因为它们合成的一些维生素B和维生素K比它们需要的多，所以它们非常慷慨地把多余的维生素供应给它们这个群体中其他的生物，也提供给你——它们的宿主。尽管你不能自己生产这些维生素，但你可以依靠这些对你非常友好的细菌来源源不断供应给你。

科学家们刚刚开始明白这一集体中不同的细菌之间的复杂关系，以及它们同人这个宿主之间的相互作用。这是一个动态的系统，随着宿主在饮食结构和年龄上的变化，这一系统也做出相应的调整。你一出生就开始在体内汇集你所选择的细菌的种类。当你的饮食结构从母乳变为牛奶，又变成不同的固体食物时，你的体内又会有新的细菌来占据主导地位了。

积聚在大肠壁上的细菌是经历过艰难旅程后的幸存者。从口腔开始经过小肠，他们受到消化酶和强酸的袭击。那些在完成旅行后而安然无恙的细菌在到达时会遇到更多的障碍。要想生长，它们必须同已经住在那里的细菌争夺空间和营养。幸运的是，这些“友好的”细菌能够非常熟练地把自己粘贴到大肠壁上任何可利用的地方。这些友好的细菌中的一些可以产生酸和被称为“细菌素”的抗菌化合物。这些细菌素可以帮助抵御那些令人讨厌的细菌的侵袭。

那些友好的细菌能够控制更危险的细菌的数量，增加人们对“前生命期”食物的兴趣。这种食物含有培养菌，酸奶就是其中的一种。在你喝下一瓶酸奶的时候，检查一下标签，看一看哪种细菌将会成为你体内的下一批客人。这就是益生菌。

细菌与生物链

大部分细菌是分解者，处在生物链的最底层。还有一部分细菌是消费者和生产者。比如硫细菌，铁细菌等，他们是化能合成异养型，属于生产者，可以利用无机物硫铁等制造自身需要的有机物。而根瘤菌则是消费者，它们与豆科植物互利共生，消耗豆科植物光合作用所生产的有机物，因此为消费者。当然，细菌最主要的作用还是分解者，如果没有细菌真菌等微生物，世界将是尸体的海洋。

帮我解释一下什么是能量守恒、转化定律、细胞学说、生物进化论？

这是地理

这是整本书的

1、我国的地理位置及其特点：

●纬度位置及优越性：我国领土南北跨纬度很广，大部分位于中纬度地区，属(北温)带，一小部分在 (热带) ，没有(寒带 ) 。气候差异大，为发展( 多种农业经济

)提供了有利条件。

●海陆位置及优越性：（1）位于( 亚)洲的东部， (太平 )洋的西岸，使我国东部广大地区( 在夏季风湿润气流的影响下， 降水 )

丰富，有利(农业)生产；（2）海陆兼备，东部地区有利与( 海外各国友好往来 ) ；西部地区(深入亚欧大陆内部 )

，使我国陆上交通能与(中亚、西亚、欧洲)各国直接往来，便于对外( 交往和合作 ) （3）沿海有许多优良的港湾，便于发展(海洋事业) 。

●我国领土面积（960万 ）平方千米，仅次于（俄罗斯）、（ 加拿大），居世界第三。陆上邻国14个。逆时针依次为朝鲜、（ 俄罗斯）、（ 蒙古

）、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、（印度）、尼泊尔、不丹、（缅甸 ）、（老挝

）、越南。陆上疆界2万多千米。隔海相望的国家6个：韩国、（日本 ）、菲律宾、（马来西亚 ）、文莱、（印度尼西亚 ）。

2、我国的人口

●人口总数：2000年（ 12.95 ）亿。

●我国人口的突出特点：人口 基数大，人口增长快。

●我国人口分布特点：人口分布（不均），以黑龙江黑河—云南腾冲一线为界，（ 东部 ）地区人口密度大，（ 西部

）地区人口密度较小。（我国西部地区人口稀少，但资源丰富，在西部大开发时，应注意什么问题？西部地区具有资源优势，但自然环境相对脆弱。在目前人、地、水、土矛盾已相当尖锐的条件下，开发西部，一定要以保护环境为前提，不能先开发后再治理。）

●人口国 策： 实行计划生育。

●内容：控制人口数量，提高人口素质

3、我国的民族

●我国共有（56 ）个民族，其中人口最多的是（ 汉 ）族，少数民族中人口最多的是（ 壮 ）族。

●汉族分布特点：汉族的分布遍及全国各地，以 （ 中部 ）和（东部）最为集中。

●少数民族分布特点：主要集中在（ 东北 ）、（ 西北 ）、（西南 ）。少数民族人口最多的是（壮 ）族。民族分布特点：（大杂居、小聚居）。

●少数民族风情：

（ 蒙古 ）族的那达慕大会

（ 傣族 ）族的泼水节、孔雀舞，

（藏族 ）族的集体舞、藏历年，

（朝鲜 ）族的长鼓舞等。

4、我国的地形

●我国地形的特点：（地形复杂多样，山区面积广大）

●山区在开发和保护方面应当注意哪些问题：

（1）山区地面较为崎岖，（交通）不便，（基础设施）建设的难度较大。

（2）在开发利用山区时，要特别注意（生态环境建设），预防和避免山地灾害（ 如崩塌、滑坡、泥石流）的发生。

●我国地势特征：（ 我国地势西高东低，呈阶梯状分布）。

阶梯的分界线 海拔高度 主要地形类型 主要地形区

第一级阶梯 一、二级阶梯昆仑山脉－祁连山脉－横断山脉；二、三级阶梯是大兴安岭－太行山脉－巫山－雪峰山。 4000米以上 高原 青藏高原、柴达木盆地

第二级阶梯 1000—2000米 高原、盆地 内蒙古高原、云贵高原、黄土高原、四川盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地

第三级阶梯 500米以下 丘陵、山地、平原、盆地相间分布 东南丘陵、东北平原、华北平原、长江中下游平原

●我国地势西高东低呈阶梯状分布的特征对我国的气候、河流、交通产生的影响：

（1）对气候的影响：我国地势西高东低向海洋倾斜,有利于海上的湿润气流向我国内陆推进,为我国广大地区带来丰沛的降水。

（2）对河流的影响：西高东低的地势,必然造成我国的大江大河自西向东奔流入海；河流在高一级阶梯向低一级阶梯流动时,落差大,产生巨大水能。

（3）对交通的影响：向东流淌的大河沟通了我国东西的交通,方便了沿海和内陆的联系;阶梯交界处的高大山脉成为我国东西交通上的巨大障碍。

山脉 两侧的地形区

西侧 东侧

①大兴安岭 内蒙古高原 东北平原

②太行山 黄土高原 华北平原

③巫山 四川盆地 长江中下游平原

④横断山脉 青藏高原 四川盆地或云贵高原

山脉 两侧的地形区

北侧 南侧

⑤昆仑山脉 塔里木盆地 青藏高原

⑥天山山脉 准噶尔盆地 塔里木盆地

●山脉构成地形骨架

●四大高原

（青藏高原）我国海拔最高、面积最大的高原

（内蒙古高原）地面坦荡、一望无际

（黄土高原）黄土广布、地表千沟万壑

（云贵高原 地表崎岖，喀斯特地貌显著

●四大盆地

面积最大的盆地是（ 塔里木盆地）盆地

海拔最高的盆地是（ 柴达木 ）盆地

纬度最高的盆地是（准噶尔）盆地

发展农业生产条件最优越的盆地是（四川）盆地

●主要山脉走向：东－西走向：天山山脉――阴山山脉

昆仑山脉――秦岭

南岭

东北－西南走向:大兴安岭――太行山――巫山――雪峰山

长白山脉――－武夷山脉

台湾山脉

南－北走向:横断山脉

西北－东南走向:祁连山脉

弧形山脉:喜马拉雅山脉

5、我国的气候

●根据活动积温,我国从北到南可以划分为5个温度带

. 寒温带、中温带、暖温带、亚热带、热带；此外还有一个地势较高的高原气候区.

（1）热带 亚热带 暖温带 中温带 寒温带 高原气候区

（2）0

（3）暖温带

（4）琼 台 粤 桂 云或滇

（5）一 三

（6）②亚热带 ③暖温带

●依据降水量和蒸发量的关系,我国可以划分

为4个干湿地区（ 湿润）区、（半湿润）区、（半干旱）区、（干旱）区。

干湿区 湿润区 半湿润区、 半干旱区、 干旱区。

植被 森林 森林草原、 草原 、荒漠。

农业类型 种植业（水田农业） 种植业（旱地农业） 畜牧业

●季风区与非季风区的分界线：（大兴安岭）、（阴山）、（贺兰山）、（巴颜喀拉山、（冈底斯山）．

●说出下列地理现象存在差异的原因：

我国长江中下游地区形成特殊的“鱼米之乡”的景观得益于（ 雨热同期的季风 ）气候。

长江中下游地区与青藏高原处在大体相同的纬度上，但气候差别很大的原因是（地势（青藏高原海拔高 ））因素；

长江中下游地区与阿拉伯半岛大体相同的纬度上， 气候差别很大的原因是受（海陆位置 ）和（ 夏季风

）的影响。北京与乌鲁木齐纬度大致相当，但降水却有很大的差别。（海陆位置、夏季风）

在不同的温度带内生长不同的果树；不同的温度带内熟制也不同；南北传统民居的建筑结构也不同。原因是（纬度因素 ）

东西植被不同；东西农业类型不同，东部以耕作业为主，西部以畜牧业为主；东西部房屋屋顶的结构不同，东南部多钭顶房，西北部多平顶屋。（降水量不同）

使我国的农作物及各种动植物资源极其丰富。（气候复杂多样 ）

②形成不同自然资源和旅游资源（气候复杂多样 ）

③人们的饮食习惯也各有不同，如：四川、湖南等地冬季比较阴冷潮湿爱吃辣椒；南方人爱吃米饭，北方人爱吃面食。（气候复杂多样 ）

④人们的服饰也因为适应气候而多姿多彩（气候复杂多样 ）

，如：西藏的藏袍就是为了适应西藏日较差大的气候特征的（地形）；⑤各地的建筑特点不同，北方的屋顶斜度较小，墙体较厚，南方的屋顶斜度较大（气温、降水）；⑥对。……

（1）①7；②7、8；③4、5、6、7、8；④4、5、6、7、8、9

（2）夏秋多冬春少

（3）广州、哈尔滨；我国的雨带推移是自南向北推进。

（4）因为我国南方雨季开始早、结束迟、雨季长；我国北方雨季开始迟、结束早、雨季短

●季风气候带来的灾害性天气（ 寒潮 ）、（ 台风）、（水旱灾害 ）

●我国气候的主要特征

（1） 从图中读出我国的气候特点：气候特征（气候复杂多样）、（ 季风 ）气候显著。

（2）三明属于（ 亚热带季风气候 ）气候。

●列表对比长江、黄河

项目 长江 黄河

发源地 青藏高原的唐古拉山 青藏高原的巴颜喀拉山

源头 沱沱河 约古宗列渠

流经省区 青、川 、藏、滇、渝、鄂、湘、赣、皖、苏、沪 青、川、甘、宁、内蒙古晋、陕、豫、鲁

流经主要地形区 青藏高原、云贵高原、四川盆地、长江中下游平原 青藏高原、黄土高原、华北平原

主要支流 嘉陵江、汉江、赣江等 洮河、湟水、渭河等

流域范围 位于秦岭与南岭之间 位于阴山与秦岭之间

开发 水能（上游）、航运 水能（上游）

治理 兴建中上游防护林 （略，见下表）

●黄河各河段产生灾害的原因，以及治理的基本方案。

河 段 上 游 中 游 下 游

产生的主要灾害 草地退化、荒漠化严重 水土流失 地上河

产生灾害的原因 气候趋于干旱 黄河中游流经黄土高原，支流较多。黄土高原的土层舒松，植被破坏严重，一遇暴雨，大量泥沙与雨水一起汇入黄河。

黄河进入下游平原，河道变宽，坡度变缓。河水流速减慢，携带的泥沙沉积下来，使河床逐渐抬高。

治 理 植树种草 开展水土保持综合治理。 加固黄河大堤

8、我国自然资源的特点：（资源总量丰富）、（ 但人均不足。）

土地资源类型 季风区或非季风区 干湿地区 主要地形类型

耕地 季风区 湿润、半湿润区 东部的平原、低缓丘陵、盆地

森林 湿润区 山地

草地 非季风区 半干旱区 高原

未利用土地 半干旱区 西部的盆地、高原

●我国土地的基本国策是“十分珍惜和合理利用没一寸土地，切实保护耕地。”

●我国水资源的时空分布特点及其对社会经济发展的影响

●目前人类利用的淡水资源，主要是主要是江河湖泊水和浅层地下水

●我国水资源时间、空间分布特点：时间上：夏秋多，冬春少；空间上：南丰北缺。

●解决水资源时空分布不均的办法：兴建水库可以有效调控径流和水量的季节变化。例如：三峡和小浪底水利枢纽。

●解决水资源地区分布不均衡的有效办法之一：跨流域调水。例如：南水北调工程，引滦入津工程，引黄济青工程。

●解决我国缺水问题的主要途径之一：节约用水、保护水资源

9、我国的交通

●我国交通运输网络的大致分布格局：东密西疏

●我国的主要铁路干线

①兰新线 ②青藏线（未建成） ③包兰线 ④京九线

⑤宝成线 ⑥成昆线

东西向：京包线（北京—包头）—包兰线（包头—兰州）；

陇海（连云港—兰州）—兰新线（兰州—乌鲁木齐）；

沪杭（上海-杭州）—浙赣（杭州—株洲）—湘黔（株洲—贵阳）—贵昆（贵阳—昆明）线

南北向：京哈线（北京—哈尔滨）；京沪线（北京—上海）；

京广线（北京—广州）；京九线（北京—九龙）

焦柳线（焦作—柳州）；

宝成线（宝鸡-成都）——成昆线（成都—昆明）

我国主要的交通枢纽及经过的铁路干线：

北京：（京哈线）、（京包线）、（京广线）、（京沪线 ）、（京九线）。

徐州：（陇海线）、（京沪线）。

郑州：（陇海线）、（京广线）。

兰州：（陇海线）、（京包线）（包兰线）。

●根据需要合理地选择交通运输方式（略）

9、我国的农业

●农业的地区分布：

东、西部差异：

西部 400毫米等降水量线 东部

种植业 畜牧业 种植业 林业 渔业

有灌溉水源的平原、河谷和绿洲 内蒙古、新疆、青海、西藏四大牧区 东部半湿润和湿润的平原地区 东北、西南的天然林区，东南的人工林区

东部沿海和长江中下游地区南、北方种植业的差异：

地区 耕地类型 作物熟制（一年几熟） 主要作物

粮食作物 油料作物 糖料作物

秦岭－淮河以北 旱地 一年一熟、两年三熟、一年两熟 小麦 花生 甜菜

秦岭－淮河以南 水田 一年两熟、一年三熟 水稻 油菜 甘蔗

●三大棉区：

●举例说明因地制宜发展农业的必要性：（P102图4.16填充图册P32五）

利用当地（自然条件）的优势，把要发展的农业生产部门或农作物，布局在适宜它本身发展、生长最有利的地区，是“因地制宜”的重要内容之一。

●农业生产还受当地（社会经济条件）的制约，这也是发展农业需要充分考虑的因素。

10、我国的工业

●工业分布特点：（沿海）、（沿河）、（ 沿交通线）

●工业的空间分布：

(1) 京广、京哈、京沪等铁路沿线的全国意义的工业基地。

(2) 黄河流域的（能源开发 ）工业带。

(3) 长江沿线的以（上海）、（南京）、（武汉）、（重庆）为中心的沿江经济发达地带。

(4) 沿海地区的（长江三角洲）、（辽中南）、（ 京津唐） 、（ 珠江三角洲地区）等工业最发达的经济核心区。

●发展高新技术产业：

(1) 特征：从业的科技人员比重大；开发研究的费用比例大；产品更新快。

(2) 分布特点：大多依附大城市，有大分散、小集中的特点。

(3) 开发侧重点：沿海地区侧重（科技园区型） 高新技术产业；沿边地区侧重（贸易导向型）型产业；内陆地区侧重与（国防军事类）有密切关系的产业。

●高新技术产业开发区依附于大城市，分布特点呈（大分散）、（、小集中）

●举例说明高新技术产业对生产、生活的影响：

上海：优化调整了工业的产业结构。（上海工业的变化）

北京：增长速度快，促进和推动了经济的发展。（中关村对北京经济发展的贡献）

互联网：互联网技术改变了人们的生活和生产方式。（网络购物、SOHO族、网络社区等）

进化论有三大经典证据：比较解剖学、古生物学和胚胎发育重演律。

一、达尔文之前

生物进化论，甚至可以说整个生物科学，开始于1859年11月24日。在那一天，在经过二十年小心谨慎的准备之后，达尔文出版了《物种起源》。第一版印了一千二百五十本，在一天之内销售一空。一门崭新的学科从此诞生了！

但是，一门新的学科不会从天而降。在1859年，科学界已经有了大量的进化证据，做好了准备迎接进化论的诞生。这时候的进化证据归纳起来有动植物培养、化石记录、解剖比较、退化器官、胚胎发育和生物地理分布这几类。

动物家养和植物栽培已经有了几千年的历史，人们由此已经知道同一物种往往有着差别极大的形态。这些形态是可以被改变的，通过精心的选择，可以得到新的品种。这种经由达尔文所谓的“人工选择”而获得的品种，其彼此之间的差别，有时比野外物种之间的差别还要大。如果我们在野外见到狼狗和哈巴狗的话，完全可能把它们当成象狼和狐狸那样两个截然不同的物种。动植物培养提供了“生物是可变的”感性而直观的材料。

那时候，科学界早已知道化石乃是生物体的遗迹，而且，许多从前的物种现在已经不存在、灭绝了，也就是说，生物界的组成并不是从古到今一成不变的。许多种类在化石记录中显示了随着地理时间的推移而逐渐发生变化的趋势，有时在两个类群之间还可以发现处于过渡形态的化石。各个主要生物类群在化石记录中并不是同时出现的，而是有先有后，很有顺序，而且这个顺序与从现存生物的比较得到的顺序相符。比如，从形态结构（例如心脏结构）和生理特点（例如呼吸系统）的比较，我们可以推测脊椎动物从“低级”到“高级”的顺序是鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类，而在化石记录中，我们也发现鱼类化石的确先在较早的地层开始出现，其次是两栖类、爬行类，而以哺乳类化石出现得最晚。化石记录所展示的从“低级”到“高级”的顺序，是生物进化的一个有力证据。

早在十六世纪，就有科学家发现人和鸟虽然外表很不相同，骨骼组成和排列却非常相似。到了十九世纪，研究不同生物种类的形态结构的比较解剖学已相当发达，各生物种类在内部结构的同源性也越来越明显。正如达尔文所指出的：用于抓握的人手，用于挖掘的鼹鼠前肢，用于奔跑的马腿，用于游泳的海豚鳍状肢和用于飞翔的蝙蝠的翼手，它们的外形是如此的迥异，功能是如此的不同，但是剔除皮毛、肌肉之后，呈现在我们眼前的骨架却又是如此相似！对此最合理的解释就是它们都是从同一祖先进化而来的，因为适应环境具有了不同的功能和不同的外形，但是骨子里却没能变多少。如果它们是被分别创造出来的，根本没必要让有不同功能和不同外形的器官有着相似的构造，因为这样的构造设计，就其功能和外形而言，有时显得不是那么合理。如果让一个工程师来设计这些前肢，他完全可以去除一些对其它物种必需，对这个物种却是个累赘、退化得只剩一点痕迹的骨头．

而且，比较解剖学使我们认识到许多生物体都有一些退化了的器官，它们是生物进化的令人信服的证据。比如鲸，它的后肢已经消失了，但它的后肢骨并没有消失，我们还可以在它的尾部找到已不起作用的盆骨和股骨。甚至在一些蛇类中，我们也可以找到盆骨和股骨的残余。这使我们相信，鲸是由陆地四足动物进化来的，蛇是由蜥蜴进化来的。我们人类，已完全退化了的器官也不少，尾骨、转耳肌、阑尾、瞬膜（第三眼睑）等等都是完全退化、不起作用的器官，它们除了让我们记住我们的祖先曾经象猴一样有尾巴，象兔子一样转动耳朵，象草食动物一样有发达的盲肠，象青蛙一样眨眼睛，还能有别的什么合理解释吗？

早在十八世纪，动物学家就已经发现，在动物胚胎发育的过程中，会经过一系列与较低等的动物很相似的时期。比如说人，在胚胎发育的早期出现了鳃裂，不仅外形象鱼，而且内脏也象鱼：有动脉弓，心脏只有两腔等等。对这个现象的唯一合理的解释，就是人是由鱼进化来的，祖先的特征在胚胎发育过程中重演了。事实上，爬行类、鸟类和哺乳类在胚胎发育的早期都跟鱼类相似，而且有些时期几乎不可能区别开来，这是所有的脊椎动物都有共同祖先的一个证据。

自从十六世纪以来，随着西方航海业的发达，特别是美洲和澳洲的发现，博物学家们见识到无数新奇的物种。许多的物种，甚至整个属、科、目，只在某个地理区域被发现。当博物学家在澳洲和南美见到袋鼠、袋狼、袋熊、袋鼬、袋貂、袋獾等等闻所未闻的动物，就不免奇怪为什么上帝只在这里创造出有袋类哺乳动物。这并非那里的环境是为有袋类而设的，因为当移民们给这些地方带去高等哺乳动物后，许多有袋类因为竞争不过高等哺乳类而数量锐减甚至灭绝了。显然更合理的解释是，由于这些地区与别的大陆隔绝，而有了独特的进化途径。即使是一个群岛，也往往有在别的地方找不到的特有物种。做为神学院的毕业生的达尔文最初对神创论产生了怀疑，就是因为在加拉帕格斯群岛见到了那些岛与岛之间都不同种的巨龟，见到了在别的地方都找不到的多达十三种的“达尔文雀”，而不由得发生疑问：为什么上帝要在这个小小的角落炫耀他的创造才能，专门为这里创造出如此多的“只此一家，别无分店”的特有物种？合理的解释是，这些物种的祖先都是从别的地方来的，几万年几十万年后发生了变化，从而产生了形形色色的特有物种。

总之，在达尔文之前，生物进化已是铁证如山了，一些敢于冲破宗教信仰的束缚的科学家也开始正视这个事实。早在十八世纪中叶，法国博物学家布封就已认为生物物种是可变的，并大胆地推测所有的动物都来自同一种祖先。他并且认为地球的年龄要比《圣经》所记载的几千年要古老得多，并把生物物种的变化和地球环境的变化联系起来。但是在社会的压力下，布封被迫宣布放弃这些离经叛道的观点，因此未能产生什么影响。

比布封稍后的另一位法国博物学家拉马克则要固执得多，影响也要大得多。他是第一个系统地研究生物进化的人。他对生物进化的理解，跟现在并不相同。在他看来，生物界是一个从最简单、最原始的微生物按次序上升到最复杂、最高等的人类的阶梯，而所谓生物进化，就是从非生物自然产生微生物，微生物进化成低等生物，低等生物进化成高等生物，直到进化成人的过程。他认为，这个进化过程是不断在重复，至今仍在进行着的。也就是说，在今天，聪明的猩猩仍在尽力进化成人。拉马克也是试图解释进化现象的第一人，他给出了第一个进化的理论。这个理论主要有两点：第一，生物体本身有着越变越复杂、向更高级形态进化的内在欲望；第二，生活环境能够改变生物体的形态结构，而后天获得的性状能够遗传，简言之，“用进废退”。在著名的长颈鹿例子中，拉马克是这么解释长颈鹿的长颈由来的：长颈鹿的祖先经常伸长了脖子去吃树高处的叶子，脖子受到了锻炼，变长了，而这一点可以遗传，因此其后代就要比父母的脖子长一些，一代又一代，脖子就越来越长。

拉马克的这套理论，并不能说服当时的科学家接受进化论。这固然有宗教的原因，但也有科学上的怀疑。比如，拉马克的进化论认为非生物能自然产生微生物，但是当时虽然巴斯德还未做否定自然发生论的著名实验，科学界却已普遍认为有足够的证据表明自然发生论是不正确的。因此拉马克虽然影响很大，却是往往被当做反面教材来嘲笑和批驳。生物学界迫切需要有一个象牛顿一样的科学巨人，能够无可置疑地证明生物进化的事实，并且给出合理的解释。这个巨人，就是达尔文。

二、达尔文

历史选择了达尔文做为生物科学的创始人，似乎纯属偶然。1809年2月12日出生于富裕的医生家庭的查尔斯·达尔文，在青少年时代是个游手好闲的纨绔子弟，而不象是肩负历史使命的天才。他的父亲有一次指责他说：“你除了打猎、玩狗、抓老鼠，别的什么都不管，你将会是你自己和整个家庭的耻辱。”固然，这时候他很热衷于收集矿石和昆虫标本，但这是在男孩子当中很普遍的一种爱好，并没有什么特殊之处，虽然我们现在可以认为他未来的科学研究乃是儿时兴趣的延续。1825年秋，老达尔文准备让儿子继承自己的衣钵，把他送进了爱丁堡医学院。可惜，小达尔文对医学毫无兴趣，更要命的是，他天性脆弱，不敢面对手术台上的淋漓鲜血。两年之后，只好从医学院退学了。医生是当不成了，当牧师也是个体面的职业，达尔文听从父命，进了剑桥学神学。虽然他对神学也没有什么兴趣，花在打猎和收集甲虫标本上的时间恐怕比花在学业上的要多得多，却也终于在1831年毕业，准备当个乡间牧师了此残生。

达尔文在晚年回顾他的一生时，认为他的所有这些所谓高等教育完全是一种浪费。他觉得正式的课程枯燥无味，也没能从课堂上学到什么。但是在这些年，他在课余结识了一批优秀的博物学家，从他们那里接受了科学训练。他在博物学上的天赋也得到了这些博物学家的赏识。1831年，当植物学家亨斯楼(J. S. Henslow)被要求推荐一名年轻的博物学家参加贝格尔号的环球航行时，他推荐了忘年交达尔文。达尔文的父亲竭力反对儿子参加航行，认为这会推迟儿子在神学职业上的发展。在达尔文的一再恳求下，老达尔文终于作出让步，表示他若能找到一个可敬的人支持他去，他就可以去。达尔文找到了舅舅、他未来的丈人来说服父亲，并侥幸通过了以苛刻著称的费兹洛伊(R. Fitzroy)船长的面试，于1831年底随贝格尔号扬帆起航，途经大西洋、南美洲和太平洋，沿途考察地质、植物和动物。一路上达尔文做了大量的观察笔记，采集了无数的标本运回英国，为他以后的研究提供了第一手的资料。五年之后，贝格尔号绕地球一圈回到了英国。

当达尔文蹋上贝格尔号的时候，他是个言必称《圣经》的神学毕业生、正统的基督教徒，他的虔诚常常被海员们取笑。但是当他返回英格兰时，在他看来《旧约》不过是一部“很显然是虚假的世界史”，其可靠性并不比印度教的圣书高。他完全抛弃了基督教信仰，并逐渐成为不相信上帝存在的怀疑论者或理性主义者，而其出发点，就是对“一切生物都是由上帝创造”的信条的怀疑。

在环球航行时，有三组事实使得达尔文无法接受神创论的说教：第一，生物种类的连续性。他在南美洲挖到了一些已灭绝的犰狳的化石，与当地仍存活的犰狳的骨架几乎一样，但是要大得多。在他看来，这可以认为现今的犰狳就是由这种已灭绝的大犰狳进化来的。第二，地方特有物种的存在。当他穿越南美大草原时，他注意到某种鸵鸟逐渐被另一种不同的、然而很相似的鸵鸟所取代。每个地区有着既不同又相似的特有物种，与其说这是上帝分别创造的结果，不如说是相同的祖先在处于地理隔绝状态分别进化的结果。第三，是来自海洋岛屿的证据。他比较了非洲佛得角群岛和南美加拉帕格斯群岛上的生物类群。这两个群岛的地理环境相似，如果生物是上帝创造出来的，在相似的地理环境下应该创造出相似的生物类群才是合理的，但是这两个群岛的生物类群却差别很大。事实上，佛得角群岛的生物类群更接近它附近的非洲大陆，显然，应该认为岛上的生物来自非洲大陆并逐渐发生了变化。这个进化过程在加拉帕格斯群岛上更加明显。达尔文发现，组成这个群岛的各个小岛虽然环境相似，却各有自己独特的海龟、蜥蜴和雀类。没有任何理由认为上帝故意在一个小岛上创造这些独特的物种，更合理地，应该认为这些特有物种都是同一祖先在地理隔绝条件下进化形成的。

1837年，在贝格尔号之行结束一年后，达尔文开始秘密地研究进化论。他的第一堆笔记，是家养和自然环境下动植物的变异。他研究了所有可能到手的资料：个人观察和实验、别人的论文、与国内外生物学家的通讯、与园丁和饲养员的对话等等，很快得出结论，家养动植物的变异是人工精心选择造成的。但是自然环境下的变异又是怎么来的呢？他仍然不清楚。一年之后，他在休闲时读了马尔萨斯的《人口论》。马尔萨斯认为人口的增长必然快于生活资料的增长，因此必然导致贫困和对生活资料的争夺。达尔文突然意识到，马尔萨斯的理论也可以应用于生物界。所有的生物的繁殖速度都是以指数增长的，后代数目相当惊人，但是一个生物群的数目却相对稳定，这说明生物的后代只有少数能够存活，必然存在着争夺资源的生存竞争。达尔文进一步推导：任何物种的个体都各不相同，都存在着变异，这些变异可能是中性的，也可能会影响生存能力，导致个体的生存能力有强有弱。在生存竞争中，生存能力强的个体能产生较多的后代，种族得以繁衍，其遗传性状在数量上逐渐取得了优势，而生存能力弱的个体则逐渐被淘汰，即所谓“适者生存”，其结果，是使生物物种因适应环境而逐渐发生了变化。达尔文把这个过程称为自然选择。

因此，在达尔文看来，长颈鹿的由来，并不是用进废退的结果，而是因为长颈鹿的祖先当中本来就有长脖子的变异，在环境发生变化、食物稀少时，脖子长的因为能够吃到树高处的叶子而有了生存优势，一代又一代选择的结果，使得长脖子的性状在群体中扩散开来，进而产生了长颈鹿这个新的物种。

虽然达尔文在读了《人口论》之后就有了灵感，马上就有了自然选择的想法，但是要过了四年，在收集了大量的资料之后，他才开始把这个理论记录下来，并把手稿送给一些朋友征求意见。他太清楚一旦自己的理论发表将会对社会产生怎样的震撼了，而做为一个天性平和的人，这是他想要尽力避免的，因此他留下了一份遗嘱，他有关进化论的手稿只能在他死后发表。

但是在1858年夏天，达尔文收到了华莱士的信，迫使他不得不在生前发表自然选择理论。华莱士是一个年轻的生物地理学家，当时正在马来群岛考察。跟达尔文一样，他所观察到的生物的地理分布特点也促使他思考生物进化的问题。那一年的二月，他生了一场间歇热，在病中突然想到了马尔萨斯的《人口论》，并且也因此独立地发现了自然选择理论。他出身贫寒，又极其反对基督教，没有达尔文做为上层社会人士的种种顾虑，因此以一股初生牛犊不怕虎的劲头，用三个晚上就写成了一篇论证自然选择的论文，寄给达尔文征求意见。他并不知道达尔文此时已研究了二十年的进化论，之所以会找上达尔文，完全是由于达尔文在生物地理学学界的崇高地位；而这个地位，在达尔文完成贝格尔号之航后就确立了。

当达尔文读了华莱士的论文，见到他自己的理论出现在别人的笔下时，其震惊和沮丧可想而知。他的第一个念头，是压下自己的成果，而让华莱士独享殊荣。但是他的朋友、地理学家赖尔和植物学家虎克都早就读过他有关自然选择的手稿，在他们的建议下，达尔文把自己的手稿压缩成一篇论文，和华莱士的论文同时发表在1859年林耐学会的学报上。这两篇论文并没有引起多大的反响。也是在赖尔和虎克的催促下，达尔文在同一年发表了《物种起源》（篇幅只是他准备多年的手稿的三分之一左右），这才掀起了轩然大波，并征服了科学界。

由于《物种起源》的成功，也可能是被达尔文的人格和智慧所折服，虽然华莱士与达尔文同享发现自然选择理论的殊荣，他却总是把荣耀归功于达尔文一人，并把自然选择理论称为“达尔文主义”－－这个称呼沿用至今。

如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验，就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。生物遗传并不融合，而是以基因为单位分离地传递，随机地组合。因此，只要群体足够大，在没有外来因素（比如自然选择）的影响时，一个遗传性状就不会消失（肤色的融合是几对基因作用下的表面现象）。在自然选择的作用下，一个优良的基因能够增加其在群体中的频率，并逐渐扩散到整个群体。

很显然，孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜，孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。具有讽刺意味的是，当孟德尔主义在1900年被重新发现时，遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡，在他们看来，随机的基因突变，而不是自然选择，才是生物进化的真正动力。只有一些在野外观察动植物行为的生物统计学家仍然信奉达尔文主义，因为他们所观察到的生物对环境的奇妙适应性，是无法用随机的突变来解释的。

四、伟大的综合

达尔文主义和孟德尔主义的开始融合，是在孟德尔定律被重新发现之后二十年的事。这一次不是一个科学巨人的孤身奋战，而是群星灿烂了。在这些伟大的科学家中，最重要的是英国人费歇(R. A. Fisher)、荷尔登(J.B.S.Haldne)和美国人莱特(S. Wright)。他们从理论上证明了，达尔文主义和孟德尔主义不仅不互相冲突，而且相辅相成。那些在野外做观察研究的生物统计学家所获得的进化论数据，都可以从遗传学原理推导出来。在孟德尔遗传学的基础上，自然选择可以完满地解释生物的适应性进化，根本不需要拉马克主义（拉马克主义这时候也已被证明是不可能的）。孟德尔遗传学正是达尔文梦寐以求的遗传学！这些理论研究工作，是在1918年开始，而在三十年代初基本完成的。1930年，费歇发表了《自然选择的遗传理论》；1931年，莱特发表了《孟德尔群体中的进化》；1932年，荷尔登发表了《进化的动力》。这三本经典著作，构成了现代进化论的理论基础。

但是这些理论研究，涉及到复杂的数学计算，不是一般的生物学家们所能理解的。而且只有理论没有实验，也很难被生物学家们所接受。因此，他们的研究工作，对当时的生物学界并没有产生太大的影响。直到生物学界出现了另一位伟大的科学家，他不仅有耐心去弄懂这些繁琐的数学计算，而且用实验来验证这些计算，他就是俄国出身的美国遗传学家杜布赞斯基(T. Dobzhansky)。杜布赞斯基师从俄国遗传学家契特维里科夫(S. Chetverikov)研究果蝇遗传学，1927年移民到美国（两年后他的老师被苏维埃政府逮捕，实验室被关闭）。他与莱特合作，以果蝇为实验材料证实了莱特的理论工作。1937年，杜布赞斯基发表了《遗传学和物种起源》。在这部继《物种起源》之后最为重要的进化论论著中，杜布赞斯基在理论上和实验上统一了自然选择学说和孟德尔遗传学，对博物学家和实验生物学家产生了巨大的影响，刺激了各个领域的生物学家都投身到进化论的研究当中来。

接下去的十年，是现代进化论硕果累累的十年。动物学家迈耶(E. Mayr) 把现代进化论应用于分类学研究，并提出了在地理变异和隔绝条件下新种产生的模型。古生物学家辛普森(G. G. Simpson)的研究表明现代进化论能够很好地被用于解释化石记录，而植物学家斯特宾斯(G. L. Stebbins) 则指出植物的进化同样能被现代进化论所解释。到本世纪四十年代，现代进化论已经被成功地应用于生物学的所有领域。1942年，朱利安·赫胥黎（进化论奠基人之一汤姆逊·赫胥黎之孙）发表《进化：现代综合》一书，综合了现代进化论在各个领域的研究成果，现代进化论也因此被称为“现代综合学说”，也即新达尔文主义。标志着这个伟大的综合过程的最终完成的，是1947年在普林斯顿成立了“遗传学、分类学和古生物学的共同问题委员会”。组成这个委员会的三十个学术权威代表着生物学的不同领域，但有着一个共同的观点：达尔文主义和孟德尔主义的综合。

五、没有止境的进化

1944年艾菲力(O. T. Avery)证明DNA是遗传物质，1953年华森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型，生物学从此进入了分子时代。分子生物学的研究为生物进化这一科学事实补充了重要的新证据。它揭示了生物界在分子水平上的一致性，证明了进化论关于“所有的生物由同一祖先进化而来”的命题。同时，分子生物学为研究生物进化的过程和机理提供了强有力的工具。在以前，生物学家们只能通过古生物化石的研究和现存生物的形态结构比较确定各物种亲缘关系的亲疏，从而绘出种系发生树；现在，我们已完全可以在分子水平上，通过比较蛋白质的氨基酸序列或基因的核苷酸序列，不仅在总体上肯定了传统生物学的结果，而且使种系发生树的描绘更精确，达到了定量化的程度。

分子生物学的发展也使进化论的研究面临新的问题。1968年，日本遗传学家木村资生提出中性学说，认为在分子水平上，生物进化不受自然选择的作用，而是按一定的速率随机地突变，对生物的生存没有好处也没有坏处。木村在当时是根据蛋白质序列提出这个学说的，八十年代以来，DNA序列大量测定所得的结果表明DNA序列的改变更符合中性学说。有关中性学说的正确性和适用范围目前仍然没有定论。

在从前，自然选择的结果往往被认为导致产生对生物物种或群体有好处的适应性，这就是所谓“群体选择”。六十年代以来，生物学家越来越倾向于认为，“群体选择”很可能并不存在，自然选择产生的只是对个体有益的适应性，生物个体不会因为为了物种或群体的利益而放弃传递属于自己的基因，这就是“个体选择”。实际上，达尔文本人就是一个个体选择论者（虽然在当时很少有生物学家认同他）。他认为，社会性昆虫如蜜蜂中丧失了繁殖力的工蜂并非真正地“利他”，而是利己，因为一个蜂窝都是一个蜂后的直接后代，实际上就是一个个体。在性选择的研究上，我们也遇到了类似的问题。一些生物学家更进而认为，自然选择的作用单位不是个体，而是比个体更基本的基因，这就是引起很大争议的“自私的基因”假说。这个假说，在八十年代发现自私的DNA及自私的基因之后被越来越多的人所接受。

生物进化可以分成三个层次：微进化（生物群体中基因频率的改变）、新种生成和大进化（从一个类型到另一个类型的跃变，比如从鱼类进化到两栖类）。现代综合学说完美地解释了微进化和新种生成，并认为由微进化和新种生成的研究所得的结果可以进一步推广到大进化。但是一些生物学家对这个推论表示怀疑，他们认为生物大进化可能有属于自己的机理。按照他们的观点，生物新类型的产生是在生物胚胎发育过程中基因突变的结果。胚胎发育时的微小突变可以导致成体的巨大变化。最近发育生物学的研究似乎证明了这一点：如果在胚胎发育过程中，某种基因的表达速度变慢，就会使鱼鳍变成肢足。可以预见，随着发育生物学的发展，越来越多的大进化难题将被解决。

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