中学地理和生物分类
第一节生命的起源
长期以来，关于生命的起源有各种各样的解释。近几十年来，根据现代自然科学的新成果，人们对生命起源进行了全面的研究，并取得了很大的进展。
根据科学计算，地球从诞生到现在大约有46亿年的历史。早期的地球很热，地球上所有的元素都处于气态。那时候，绝对不会有生命。最初的生命是在地球气温下降后极其漫长的时间里，由非生命物质经过极其复杂的化学过程一步步进化而来的。目前，这种认为生命起源是通过化学进化过程的说法已经得到了大多数学者的认可，并认为这种化学进化过程可以分为以下四个阶段。
据推测，生命起源的化学进化是在原始地球的条件下开始的。当时地球表面温度已经下降，但内部温度仍然很高，火山活动异常频繁。从火山内部喷出的气体形成了原始大气(图76)。一般认为，原始大气的主要成分是甲烷(CH4)、氨(NH3)、水蒸气(H2O)和氢气(H2)，此外还有硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。在宇宙射线、紫外线和闪电的作用下，这些气体可能会自然合成氨基酸、核苷酸、单糖等一系列相对简单的有机小分子。后来地球温度进一步降低，这些有机小分子随雨水流过湖泊河流，最终聚集在原始海洋中。
这方面的推测已经被科学实验所证实。1953年，美国学者米勒等人设计了一套气密装置(图77)。他们把装置里的空气抽出来，然后在原始地球上模拟大气成分，通入甲烷、氨气、氢气、水蒸气等气体，模拟原始地球条件下的闪电连续进行火花放电。最后，在U形管中检测氨基酸。氨基酸是蛋白质的基本单位，因此探索地球上氨基酸的产生具有重要意义。
此外，也有学者模拟原始地球的大气成分，在实验室中制造出其他有机物，如嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、脂肪酸等。这些研究表明，从无机物合成有机物的化学过程在生命起源中是完全可能的。
蛋白质、核酸等有机大分子是如何在原始地球条件下由有机小分子形成的？有学者认为，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有机小分子，经过长期积累和相互作用，在适当的条件下(如吸附在粘土上)，通过缩合或聚合，形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。
现在，有人模拟原始地球的条件，制造出类似蛋白质和核酸的物质。虽然这些物质和蛋白质、核酸有一些区别，也不能确定蛋白质、核酸在原始地球上的形成过程是否如此，但已经为人们研究生命起源提供了一些线索，在原始地球条件下产生这些有机聚合物是可能的。
从有机聚合物组成的多分子体系推测，蛋白质、核酸等有机聚合物在海洋中积累越来越多，浓度也在不断增加。由于各种原因(比如水的蒸发和粘土的吸附)，这些有机聚合物被浓缩分离，它们相互作用，凝结成液滴。这些液滴漂浮在原始海洋中，外层面包有最原始的边界膜，与周围原始海洋环境隔离开来，从而形成一个独立的系统，即多分子系统。这种多分子系统已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动。
它是生命起源过程中最复杂、最具决定性的阶段，直接关系到原始生命的发生。目前，人们无法在实验室中验证这一过程。但我们可以推测，一些多分子系统经过长时间的不断进化，特别是蛋白质和核酸的相互作用，最终形成了具有原始代谢和繁殖的原始生命。后来从生命起源的化学进化阶段到生命出现后的生物进化阶段。
虽然对生命起源的化学演化过程进行了大量的模拟实验，但大部分只集中在第一阶段，有些阶段还只局限于假说和推测。因此，我们必须继续研究和讨论生命的起源。
蛋白质和核酸是生物体中最重要的物质。没有蛋白质和核酸，就没有生命。1965年，中国科学家合成了结晶牛胰岛素(一种含有51个氨基酸的蛋白质)。1981年，中国科学家用人工方法合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸(核糖核酸的一种)。这些作品反映了中国在探索生命起源方面的巨大成就。
生物分类体系在地球形成后的1亿年间，地球上出现了原始生命，经过漫长的时间，原始生命逐渐演化成了这样一个极其丰富多彩的生物世界。生物学家根据各种生物的基本结构特征，从生物进化的角度对多种生物进行了科学分类。随着自然科学的发展，生物分类系统也在不断发生新的变化。现简述如下。
起初，生物学家把地球上的生物分为植物和动物。后来，一些学者在双边界系统的基础上提出了一个新的分类系统。例如，有学者提出了五界体系，即monera界、原生动物界(从动植物中提取的一些物种，包括裸子植物、金藻、黏菌、鞭毛虫、纤毛虫、卡尼足纲等。)、植物、真菌和动物。还有人声称，病毒世界加在五世系统上成为六世系统。
然而，长期以来，人们将生物界划分为植物界和动物界。这种分类方法沿用了200多年，至今仍在广泛使用。
第二节生物的进化
现在地球上的各种生物是怎么来的？这个问题自古以来就有争论。神创论者认为地球上的各种生物都是上帝创造的。根据神创论，生物的数量只有最初被创造的数量，而且所有这些生物都是一次性被创造的，它们之间没有亲缘关系。进化论者认为，地球上的各种生物都不是上帝创造的，而是经过漫长的时间由祖先逐渐进化而来，所以各种生物之间存在着或远或近的亲缘关系。由于进化论者在论证生物进化时引用了大量事实，一度流行的神创论越来越少被人们相信，而进化论则被越来越多的人认可。
生物进化的证据
有许多生物进化的证据。这里只介绍古生物学、胚胎学和比较解剖学三个证据。
古生物学的证据古生物学是研究生物在地质历史中的发生、发展、分类、演化和分布的科学。它的研究对象是保存在地层中的远古生物的遗骸、遗骸或遗物——化石。
古生物学家在研究化石的过程中发现，各种生物的化石是按照一定的顺序出现在地层中的，即地层形成越早，越简单、越低等的生物成为化石；地层形成越晚，化石就变得越复杂、越高。这不仅证明了各种现代生物是经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，而且揭示了生物由简单到复杂、由低级到高级、由水生到陆生的进化顺序。各种生物的化石在地层中以一定的顺序出现，这是生物进化最可靠的证据之一。
通过对马化石的研究，我们了解了马的进化过程。这是古生物学证实生物进化的杰出例子。
现代马的祖先称为祖先马(图78)。根据埋藏始祖鸟化石的地层，5000万年前始祖鸟生活在温暖湿润的草丛和灌木丛中。它像现代狐狸一样大，背部弯曲，身体灵活，前肢上有四个脚趾。
在最近的地层中，发现了马的近亲三趾马的化石。三趾马生活在广阔的草原上，体型比祖先马大，四肢加长。它的前肢只有三个脚趾，中趾发达，成为唯一接触地面的脚趾。
三趾马之后的马化石证实，马的体型逐渐变高，中趾的趾部形成硬蹄，两侧趾部退化为遗迹。这种马适合在辽阔的草原上奔跑。这一系列的马化石生动地展示了现代马是由体型较小的祖先马经过漫长的地质时期进化而来的。
在古生物研究中，也发现了一些中间动物化石和植物化石，也为生物进化理论提供了有力的证据。比如始祖鸟的化石是鸟类由古代爬行动物进化而来的重要证据；种子蕨类植物的化石证明了种子植物和蕨类植物之间的进化关系。
地质年代学地质年代学是指地壳上不同时代的岩石形成的时间和顺序。按照古生物学的方法，地质时代可分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代，然后每一代又可分为若干个时期。各种生物在地质年代的出现顺序，见下页的地质年代代表(表中年份为估算数字)。
胚胎学的证据胚胎学是一门研究动物和植物胚胎形成和发育过程的科学。也为生物进化提供了重要证据。
人们早就注意到，所有高等生物(如脊椎动物和种子植物)的胚胎发育都是从受精卵开始的。这种情况可以解释高等生物起源于单细胞生物。
让我们比较一下七种脊椎动物和人类的胚胎。从图79中可以看出，这七种动物的胚胎在发育初期与人类非常相似，即都有鳃裂和尾巴。到了发育后期，其他动物和人类的鳃裂已经消失，人类的尾巴也消失了。现在我想问:这些动物和人成年后的形态有很大不同。为什么在胚胎发育的早期，它们是相似的？鳃是一种适合在水中呼吸的器官。为什么陆生脊椎动物和人类在胚胎发育早期也会有鳃裂？既然人是无尾的，为什么人在胚胎发育过程中也会有尾巴？
这些都表明，高等脊椎动物是由古代的一些低等脊椎动物进化而来的。也就是说，脊椎动物和人类都是由同一个古老的原始祖先进化而来的，所以它们的胚胎在发育初期非常相似。古代脊椎动物的原始祖先生活在水中，所以陆生脊椎动物和人类在胚胎发育过程中都会出现鳃裂。人是由有尾巴的动物进化而来的，所以在胚胎发育过程中会有明显的尾巴。
比较解剖学的证据比较解剖学是一门对各种脊椎动物的器官和系统进行解剖和比较研究的科学。比较解剖学为生物进化论提供的最重要的证据是同源器官。
同源器官是指起源相同，结构和位置相似，但形状和功能不同的器官。比如鸟类的翅膀，蝙蝠的翅膀，鲸鱼的鳍，马的前肢，人的上肢，在外观和功能上有很大的不同，但内部结构基本相同。即都是由肱骨、桡骨、尺骨、手腕、掌骨、指骨组成，排列基本一致(图80)，都是同源器官。同源器官的存在证明了所有具有同源器官的生物都是由同一个原始祖先进化而来的。只是在进化过程中，由于各自生活环境的不同，同源器官适应不同的生活环境，逐渐出现形态和功能的不同。所以同样的前肢，鸟类的翅膀，蝙蝠的翅膀变得适合飞行，鲸鱼的鳍变得适合在水中游泳，马的前肢变得适合奔跑，人的上肢变得适合各种复杂的动作。
第一节生物学与环境的关系
1.环境对生物的影响
生物的生存环境多种多样。从山顶到海洋深处，从广袤的沙漠到茂密的森林，从城市到乡村，到处都是生物。在不同的环境中，生物的种类差异很大(图82、83、84和85)。
生态因素的概念生物无论生活在什么样的环境中，都会受到环境中各种因素的影响。以小麦为例，其生长发育不仅受光照、温度、水分等非生物因素的影响，还受麦蚜、蝗虫、老鼠等生物因素的影响。环境中影响生物形态、生理和分布的因素称为生态因子。
非生物因素有许多非生物因素。以下只是关于阳光、温度、水对生物的影响。
没有阳光，植物无法进行光合作用，无法生存。因此，阳光对植物的生理和分布起着决定性的作用。在陆地上，有些植物只有在强光下才能生长良好，如松树、杉树、柳树、蝗虫、小麦、玉米等。小麦灌浆期间，持续的阴雨天气会造成小麦减产。有些植物只有在密林下的暗处才能生长良好，比如人参、三七等药用植物。在海洋中，随着深度的增加，光照逐渐减弱，分布的植物种类也有所不同。有人调查一个海湾，发现浅水区有很多绿藻，稍深一点的地方有很多褐藻，更深一点的地方有很多红藻。阳光能到达的极限是海面下200米，所以植物很难在200米以下的水域生存。此外，日照的长短也影响植物的花期。有些植物需要长时间的日照才能开花，而这些植物只在春末夏初开花，如紫花苜蓿、鸢尾、菠菜等。有些植物需要短暂的阳光才能开花。这些植物在秋天开花，比如菊科。还有一些植物对日照长短要求不严格，可以在不同季节开花。
阳光对动物的影响也很明显。阳光会影响动物的体色。比如鱼的身体背部是深色的，但腹部是白色的，这和阳光的影响有关。阳光会影响动物的视力。有些动物在晚上几乎什么也看不见，比如鸡；有些动物在晚上有很好的视力，例如猫头鹰。日照时间的长短对动物的繁殖有影响。鳟鱼经常在65438+2月产卵，因为它的生殖器官只有在短日照的刺激下才能成熟。阳光也会影响动物的生长发育。有人做过这样一个实验:在连续光照或连续不光照的条件下培养蚜虫，产生的个体大多没有翅膀；当蚜虫在明暗交替的条件下培养时，产生的个体大多有翅膀。在生活习性上，有些动物有趋光性，比如飞蛾。飞蛾对紫外线非常敏感，所以人们经常在晚上使用黑光灯来诱捕和杀死这类农业害虫。
温度宇宙中的温度变化很大，生物能够生存的温度范围很窄。过热或过冷都会使生物的新陈代谢无法正常进行，甚至使生物死亡。以动物为例。大多数动物生活在-2 ~ 50℃的温度范围内。如果环境温度超过这个范围，许多动物将难以生存。
温度对植物的分布有重要影响。寒冷地区的森林中有许多针叶林。在温暖地带的森林中，阔叶林较多。苹果、梨等果树不适合在热带地区种植，橘子也不适合在北方种植，都是因为温度限制。
温度会影响动物的形状。研究发现，生活在寒冷地区的同类哺乳动物个体体型相对较大，但尾巴、耳朵和鼻子相对较短，可以减少身体的表面积，从而最大限度地减少热量的损失。例如，生活在北极的狐狸比生活在非洲沙漠的狐狸耳朵小得多(图86)。
温度对动物的生活习性也有明显的影响。在炎热的夏季，鸟类主要在早晨和黄昏较凉爽的时间活动，中午则处于休眠状态。有些动物，如蜗牛，在夏天潜伏在洞穴里。当气温降到24℃以下时，蝉(俗称蝉)就停止鸣唱了。当冬天到来时，许多温暖的动物会进入冬眠，如蛇和蜥蜴。
水我们知道所有的生物都离不开水。在生物体内的各种化学成分中，大部分是水。因此，水也是影响生物生存的重要生态因素。
对动物来说，缺水比缺粮更严重。动物没有食物比没有水活得长。
一年的总降水量和雨季的分布是限制陆生生物分布的重要因素。在干旱的沙漠地区，只有少数耐旱的动植物存活下来；而在雨量充沛的热带雨林地区(如中国南方的海南岛)，森林茂密，动植物种类繁多。
生物因素自然界的每一个生物都受到周围许多生物的影响。在这些生物中，既有同种的，也有异种的。因此，生物因素可以分为两种:种内关系和种间关系。
种内关系生物在种内关系中既有种内互助，也有种内斗争。
种内互助很普遍。例如，许多种动物在生命过程中经常聚集在一起，群居生活。这种群体生活方式主要有两种:一种是以蚂蚁、蜜蜂等群居昆虫为主导的群体生活，个体之间有明确的分工，同时相互协作维护群体的生存。经常看到很多蚂蚁一起攻击一只大昆虫，把它扛到窝里。当蜜蜂蛰到敌人时，它会释放一种信息素，促使其他蜜蜂一起攻击敌人。另一类不同于群居昆虫，群体成员之间没有明确的分工。这种聚集类型在一些昆虫(如飞蝗)、鱼类、鸟类和哺乳动物中经常可见。它们成群聚集，在某个区域沿着特定的路径漫游，一起寻找食物。同时，这种群体生活也有利于捕食或防御敌人。就捕食而言，成群的狼可以捕食比自己大的动物。就防御敌人而言，成群的麝牛可以有效应对狼群的攻击。麝牛独居时，经常被狼咬死。然而，当它们成群聚集时，如果遇到狼，雄性会形成一个圆圈，头朝外，将雌性和幼仔围在里面。这样一来，食肉狼就很难得逞了。
在种内斗争方面，也存在同一物种的个体因为食物、住所、寻找配偶或其他生活条件的矛盾而斗争的现象。例如，在某些水体中，如果除了鲈鱼之外没有其他鱼类，那么成年鲈鱼就会以该物种的幼鱼为食。青蛙蝌蚪能从肠内排出一种有毒物质。在蝌蚪密度高的池塘中，这种有毒物质增多，会抑制蝌蚪的生长发育，增加幼蝌蚪的死亡率。在一些动物中，雄性个体在繁殖期为了争夺雌性个体，经常与同种的雄性个体发生争斗。上述种内斗争对失败的个体是有害的，甚至造成死亡，但对物种的生存是有利的，可以使同一物种中幸存的个体获得更充分的生存条件，或者使后代更好地出生。
种间关系种间关系是指不同物种的生物之间的关系，包括* * *健康、寄生、竞争、捕食等。
* * *生活:两种生物* * *生活在一起，互相依赖，互相受益；如果彼此分离，任何一方或一方都无法独立生活。两个生物之间的这种* * *关系叫做* * *。典型的* * *例子就是地衣。地衣是真菌和藻类的活体(图87)。
地衣属于植物，但不是简单的植物，而是由真菌和藻类组成。藻类含有叶绿素，可以进行光合作用，为真菌提供有机质。真菌吸收水和无机盐来满足藻类的需要。在地衣中，真菌和藻类之间的关系是互利和相互依赖的。
寄生:一种生物生活在另一种生物的体内或体表，并从中吸取营养维持生命的现象称为寄生。寄生现象在生物界非常普遍，如蛔虫、绦虫和血吸虫，其他动物体表的虱子和跳蚤，豆科植物上的菟丝子(图88)，细菌内部的噬菌体等等。
竞争:两种生物生活在一起，争夺资源、空间等的现象。叫做竞争。竞争的结果往往对一方不利，甚至被淘汰。比如有人做过这样一个实验:大、小两种草履虫分开培养可以正常生长，但放在一起培养，16天后，其中一种全部死亡，而另一种仍然正常生长。
捕食:捕食是指一种生物以另一种生物为食的现象。比如食草的兔子以某种植物为食，食肉的狼以兔子为食，等等。
综上所述，生物受多种生态因子的影响，这些生态因子同构形成生物的生存环境。生物只有适应环境才能生存。
第二节种群和生物群落
在自然界中，每一种生物都不是单独存在的，而是与其他生物共同生活的。在这些生物个体中，既有同种，也有异种，它们之间存在着相互依存、相互制约的关系。
种群的概念是同一物种的个体在一定时空内的总和，称为种群。比如一个湖里的鲤鱼都是一个种群，由鱼苗、小鱼、大鱼组成；一个棉田的所有棉蚜都是一个种群，由幼蚜、有翅和无翅的成熟蚜组成；一个森林中的所有山毛榉也是一个种群，由不同年龄的山毛榉组成。
种群的特征种群不是许多同种个体的简单相加，而是一个有机单位，具有单个生物个体所不具备的种群密度、年龄构成、性别比例、出生率和死亡率等特征。
人口密度人口密度是指单位空间内某一群体的个体数量。比如鱼塘每立方米水非洲鲫鱼的数量；每平方公里农田面积中黑线姬鼠的数量。
不同物种的种群密度往往差异很大。比如中国某地每100平方公里只有不到两只野驴，同一地区有几十万只灰仓鼠。
同一物种在不同环境条件下的种群密度也不同。例如，农田中东亚飞蝗的种群密度在夏季较高，而在天气寒冷的深秋则有所下降。
人口的年龄构成是指人口中各年龄阶段的个体数量所占的比例。人口的年龄构成大致可分为三种类型(图93): (1)增长型:人口中年轻个体多，老年个体少。这样的人口处于发展期，人口密度会越来越大。(2)稳定型:各年龄组个体所占比例适中，因此种群处于稳定期，种群密度将保持稳定一段时间。(3)衰退型:种群中年轻个体较少，成年和老年个体较多。这样的人口处于下降期，人口密度会越来越小。
性别比例人口的性别比例是指人口中男性和女性个体的比例。不同物种的种群性别比例不同，大致可分为三种:(1)雌雄相等，多见于高等动物，如黑猩猩、猩猩等。(2)雌性多于雄性，多见于人工控制的种群，如鸡、鸭、羊。有些野生动物在繁殖期雌性也比雄性多，比如象海豹。(3)雄性多于雌性，多见于从事社会生活的昆虫，如白蚁。性别比在一定程度上影响人口密度。例如，使用合成性引诱剂诱杀雄性害虫，破坏了害虫种群的正常性比，会使许多雌性个体无法完成交配，从而显著降低害虫的种群密度。
出生率和死亡率出生率是指人口中单位时间内新出生的个体数量。例如，和平鸟种群的出生率是每只雌鸟每年7.8只雏鸟。死亡率是指人口中单位时间内死亡的个体数量。例如，在某一盘羊种群中，每1000个活到6岁的个体，在6-7岁年龄区间的死亡率为69.9。出生率和死亡率也是决定人口规模和人口密度的重要因素。
生物群落的概念是指生活在一定自然区域内，相互之间有直接或间接关系的各种生物种群的总和。它被称为生物群落，简称群落。比如，在一片草地上，不仅有草、杂草等植物，还有虫、鸟、鼠等动物，还有细菌、真菌等微生物。所有这些生物都生活在一起，彼此关系密切，从而形成了一个群落。
生物群落的结构生物群落的结构是指群落中各种生物的空间配置，包括垂直结构和水平结构。
垂直结构在垂直方向上，群落有明显的分层现象。例如，在森林中，高大的树木占据森林的上层，其次是灌木层和草本层(图94)。动物在群落中的垂直分布也有类似的分层现象。比如在中国珠穆朗玛峰的山谷森林里，有一种鸟总是成群结队地在森林上层活动，吃高大树木的种子。煤山雀、黄腰叶莺、橙红色鹳等鸟类总是在森林的中层筑巢。血雉和褐尾虹雉是典型的森林底层鸟类，以地面的苔藓和昆虫为食。
水平结构在水平方向上，由于地形起伏、明暗、湿度等因素，不同地段的生物种类往往不同。比如在森林中，在树的基部等被树冠覆盖的地方，光线较暗，适合苔藓和喜阴植物的生存，而在树冠间隙或其他光线充足的地方，灌木和草较多。
综上所述，在一定区域内，同种生物形成种群，不同种群形成群落。种群密度和群落结构的特征与环境中的各种生态因子密切相关。