“植物”登陆与鱼的世纪
在距今4亿～3亿年期间，地壳发生了强烈的造山运动，海面缩小，陆地广泛出现，气候变得炎热、干旱。
在海水退潮和涨潮的过程中，一部分藻类慢慢适应了陆地生活。根据化石考证：它们匍匐在泥沼上，没有根，茎直立，半米高，粗同火柴杆，表面光滑，也没有叶子，顶着孢子囊，叫裸蕨。就是它们，和陆上的狂风、干旱作斗争，顽强地适应环境，终于给大地披上了第一道绿装。在我国的云南和海南岛，还能找到树蕨，这种现存的最大蕨类，可能是裸蕨的直系后代。
这个时期，水族里发生了非常重要的事件，那就是脊索动物的出现。
目前，在我国东南沿海一带，还生活着一些半透明的小动物，一种叫柱头虫，一种叫玻璃海鞘，还有一种意义尤其重大的叫文昌鱼。它们都属脊索动物。估计它们就是从那个时候延续到现在的古生物，在生物学上叫活化石。
鹿角蕨达尔文对文昌鱼最感兴趣，称做“最伟大的发现”，因为它“提供了解开脊椎动物起源的钥匙”。严格地说，文昌鱼并不是鱼。它没有脊椎骨，它和柱头虫、海鞘都有一根结缔组织的软棒。柱头虫在头部，海鞘在尾部，文昌鱼的则纵贯全身。这根支柱叫脊索。脊索是脊柱的雏形，所以文昌鱼被认为是脊椎动物的祖先。
在它以后发展起来的动物，如鱼、两栖类的蛙、爬行类的龟、飞鸟、走兽以至于人，都是脊椎动物，它们的器官及其机能即使千变万化，脊椎的构造却基本相同。
在脊索动物的基础上，最先进化出来的是鱼类。
它们有了一根真正的脊梁骨，相当于支撑身体的一根大梁、一副支持全身肌肉的骨骼。在它背部埋有一条柔软的脊髓和向前膨大进化成的脑子，这新形成的高度发达的神经中枢，使动物空前地聪明了起来。
它们有了鳍，有了尾巴，全身呈流线型，可以到处游来游去。它们成了当时地球上最高等的动物。它们的子子孙孙很快占据了全部江、河、湖、海。
在这以后的5000万年，可以叫做鱼的世纪。
现代鱼，有的是它们的直系后代，有的是它们的近亲。
根据化石考证，最古老的鱼是甲胃鱼和盾皮鱼，它们身上长着笨重的甲片，就像戴枷的囚犯，在生存竞争中被淘汰了。比它们进步的是软骨鱼。现在活得挺带劲儿的鲨鱼、鳐鱼就属这一类群，并且和它们的祖先还很像。
在鱼类中，种属最多的是硬骨鱼。科学家认为它们是由盾皮鱼进化来的。鳕鱼是它们的代表。我国新疆吐鲁番天山南坡桃园村发现的吐鲁番鳕，也是一种古鳕鱼，它的化石镶在红色的岩层里，又保存得栩栩如生，有人戏称它为“红烧鱼”。
真骨鱼是鱼类进化中最成功的一类，现在的鲤鱼、鱼八鱼、大马哈鱼都属真骨鱼家族。
细胞学说
在细胞研究上首先建立功勋的是德国植物学家施莱登（1804～1881年），他用显微镜观察各种植物的表皮，发现无论是木本植物还是草本植物，都是由虎克命名的细胞构成的。这难道是偶然的巧合吗？他又开始研究植物的根、茎、叶和花。但是这些部分放在镜下却是乌黑一片，施莱登百思不得其解。一天，他发疯似的挥动刀片切割起来，以发泄心中的怨气。
突然，几个几乎透亮的薄片吸引住了他的眼睛。放到显微镜下一看，啊，植物的嫩茎也是由一个一个细胞构成的。接着，他进行大量观察，画出大量细胞图谱，终于得出细胞是构成植物体基本单位的结论，并把研究结果写进《植物发生论》和《植物学概论》等书中。
还有一个德国的动物学家施旺（1810～1882年），他在显微镜下发现了奇异的动物细胞世界：球形的血细胞、纤维状的肌肉细胞……施旺记录着，描画着，只用三年时间，就得出了结论：动物体也是由细胞构成的；一本划时代的著作出现了，《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》轰动了科学界。
施莱登和施旺创立的细胞学说被恩格斯誉为19世纪的三大发现之一。它开辟了生物学发展的新阶段，为达尔文进化论奠定了微观物质基础。今天，对细胞内部结构及其功能的深入研究，又促进了生命科学的发展。
细胞的形态
自然界的生物，都是由细胞构成的。细胞是生命的基本单位。当你吃西瓜时，可以看到果肉上许多发亮的小圆球，这是成熟西瓜的果肉细胞团，因为一个个细胞松散开来，所以吃起来很爽口。
绝大多数植物细胞，直径一般为10—100u（1u=1／1000毫米）；动物的细胞更小，一般只有1011左右；细菌只有一个细胞，比动物细胞还要小。细胞这么小，所以只能在显微镜下才能看到。
生物界里也有很大的细胞。如苎麻的韧皮纤维细胞长达55厘米，可以用来纺织；未受精的鸵鸟蛋，也是一个细胞，算上各种附属物，直径可达10厘米。
细胞的形态也不一样，这种差别是与细胞的功能相适应的。洋葱的表皮细胞是扁平状的，细胞与细胞之间非常紧密，没有空隙，有保护内部细胞的功能。植物的根毛，是根毛区的某些表皮细胞的外壁向外突出形成的一条又细又长的毛状物，这样可以扩大细胞同环境的接触面积，有利于吸取水和无机盐。果肉的细胞，壁薄，体积较大，有贮存营养的功能。
根、茎和叶脉里的导管，最初是长筒状细胞，后来细胞壁加厚，细胞质和细胞核逐渐分解，只剩下加厚的细胞壁，最后上下细胞相连接，成为相通的长管，水和无机盐可以在导管里畅行无阻。筛管细胞，也是长筒状，上下相邻的两个细胞的壁形成筛板，筛板上有小孔叫筛孔，上下细胞借孔相连，有输导有机物的功能。
动物胃壁上的平滑肌细胞是长梭形的，收缩时可以变短。神经细胞是多角星形，有许多树状突起和一个非常长的轴突，能很快地传导刺激所引起的兴奋。红细胞是圆饼状的，白细胞形状则不规则。
细胞的结构
20世纪30年代以前，人们用光学显微镜观察细胞时，只能把细胞放大几百倍到一千倍，它所看到的细胞称为细胞的显微结构。如果观察人的口腔粘膜细胞，可以看到细胞膜、细胞质和细胞核三个部分。
正当生物学家们为不能看到细胞更小的结构而苦恼时，物理学家们想到了电子。电子波比光波要短得多，用电子束代替光波，就能制造出放大倍数更高的显微镜了。1935年，德国科学家鲁斯卡第一个设计制造了电子显微镜，电子束透过超薄切片打到荧光屏上，成为肉眼可观察到的影像。经过许多科学家的努力，近代电子显微镜分辨率已达到1.4埃（1埃=10-8cm），这已同原子的直径相当了。
有了电子显微镜，可把细胞放大几万倍，甚至几十万倍，看到更加复杂精巧的结构，称为细胞的亚显微结构。从动物细胞亚显微结构图中发现，细胞质中还有形态各异的结构叫做细胞器，如线粒体、内质网、核糖体、高尔基体和中心体等，它们都有自己的分工。还发现细胞核由核膜、核仁、染色质，核液儿部分组成。电子显微镜下的细胞简直是一个奇异的王国：细胞膜是王国的国境线；细胞质是王国的国土；细胞器是林立的工厂，生产井井有条；细胞核是王国的都城，是权力机构。
植物细胞亚显微结构与动物细胞略有不同，细胞膜外面多了细胞壁；细胞器中有能进行光合作用的叶绿体，没有中心体；特别是植物细胞有大型的中央液泡。
细胞膜
细胞这个微小的国度，既奇妙又奥秘，许许多多未知数正等待科学家去开发，去研究。
就拿细胞膜来说，光学显微镜下只是一层极薄的膜；但到电子显微镜下一看，原来所谓的细胞膜只是膜外附属装置——多糖被；真正的细胞膜是两暗一明共三层，经过生物化学分析，明带是磷脂分子，暗带是蛋白质分子。1935年英国科学家丹尼尔提出“单位膜”理论，认为细胞膜是蛋白质——磷脂——蛋白质三夹板式的片层结构。
20世纪70年代美国科学家辛格又有新发现，他认为膜的骨架是磷脂双分子层，两层磷脂分子都是亲水的头在外，疏水的尾在里。外层和内层的蛋白质分子大部分伸人磷脂分子在环流的磷脂分子层中转动或移动。这些蛋白质不是静止的，而是不断运动，从细胞外到细胞内，或从细胞内到细胞外，成为重要的载体。这就是辛格的“生物膜流动镶嵌理论”。
载体蛋白是名副其实的卫土，它们把守着国境线上的一个个哨口，把对细胞有害的分子拒之于国境线外；把对细胞有用的分子扣押在国境线内，不许出境；对细胞急需的营养物质，则负责安全接送，及时送进细胞里面。例如海带含碘量很高，有时高于海水几万倍，蛋白质卫士照旧只准碘进不准碘出。
基因
在遗传学和基因工程领域，基因这个概念是经常要用的。要了解基因工程，先了解“基因”是必不可少的，否则，你就无法弄清与此有关的生物技术的奥秘了。
所谓基因，在生物遗传学上是指的遗传功能单位。最早提出基因这个概念的是丹麦科学家约翰逊，这是1909年的事。当时他是这样定义的：基因是用来表示任何一种生物中控制任何性状及其遗传规律又符合孟德尔定律的遗传因子。说得通俗些，生物的性状如高矮、花色、籽粒大小、动物的肤色、毛色等等都是由基因控制的。
到了1910年，美国杰出的遗传学家摩尔根在研究果蝇的遗传现象时，发现基因会发生突变。本来是白色复眼的果蝇，在它的后代中突然出现红色复眼果蝇。究其原因，是控制白色复眼这一性状的基因发生变化，变成控制红色复眼性状了。摩尔根认定，基因还是突变单位。同时这告诉人们，改变基因，就有可能得到新的性状，培育出新的生物种。这对于包括基因重组技术的基因工程技术来说，是极为重要的。
在很长一段时间内，虽然知道基因是怎么回事，但它是什么具体的物质，却并不清楚。
直到1944年一个著名的实验之后，才明确DNA是遗传即基因的物质基础。DNA有4种核苷酸构成，4种核苷酸固定配对形成密码。它们就是一切生物所以会遗传的密码。
生物征服陆地
藻类植物对地球上生物的伟大贡献就是它所进行的奇妙无比的光合作用。它吸收二氧化碳和水，放出氧气，使空中有了臭氧层，从而减弱了太阳强烈的紫外光，使生物在陆地上生活成为可能。
自从藻类中的一支，在荒山秃岭一片死寂的大陆上站住脚、成为裸蕨以来，它的家族向四周扩散，逐渐形成了蕨类森林。当时地球表面的大气层中，游离氧比现在还多，气候温暖潮湿，地表有了肥沃的土壤，比较高级的蕨类开始有了叶子，根也越扎越深，可称得上根深叶茂了。
苏铁
由裸蕨演化而来的石松类、节蕨类、真蕨类等等，大大地繁荣起来。地球上普遍出现了大区域的沼泽森林，古木参天，林阴蔽日。有的高30～40米，直径达到2米。节蕨是一种分节植物，也有30多米高，现在的草本植物木贼就是它的后代。
苏铁类也开始出现了
我们日常生活中不可缺少的燃料——煤，就是当年被地壳运动埋入地下的这些沼泽森林的遗体。地质学家给这一历史时期命名为“石炭纪”。
在距今4亿年前属志留纪晚期的地层中，科学家发现了鲎的近亲——蝎子的化石。这十分耐人寻味。蝎子很可能是第一批冒险登上陆地呼吸空气的动物。
昆虫在地球上几乎无处不在，数量占现生动物的80％。对于它们的祖先是什么样子，以及它们究竟什么时候登上陆地等问题，还没有找到多少证据。但人们却在石炭纪的化石中，看到了许多带翅膀的昆虫，其中有几千种蟑螂，有一种古蜻蜒，双翅展开有一米长。不论它们和蝎子登陆之间存在什么联系，在古代沼泽丛林中，货真价实的昆虫的的确确已经出现了。
据科学家分析，与植物和节肢动物登陆同期，其他动物也曾进行过无数次“登陆尝试”，当然，它们不可能是“愿意”这样做的。
因为，那时候，地壳运动十分剧烈，陆地上升，原来的海底，大面积升成平原和高山，滨海与丘陵地带出现了许多大大小小的洼地。蕨类植物给大气中充实了氧，却把自己的枝枝杈杈填进水坑，成了腐生物，造成水中严重缺氧。这种剧烈变动的环境，加大了动物中遗传物质——基因的突变率，于是出现了五花八门的类型；而大部分却由于适应不了当时多变的环境而被大自然淘汰了。但是毕竟还有少数在被迫登陆的条件下适应了环境，被自然选择保存了下来。这“少数”是谁呢？就是当时最先进的脊椎动物——鱼！可又是哪一种鱼呢？
在3亿年前的地层化石中，科学家发现了一种奇怪的鱼化石——总鳍鱼。它有两大特点：它的胸鳍和腹鳍的骨骼排列方式和青蛙的四肢骨骼基本相同。这种挺有劲的鳍能勉强在水底支撑和移动身体。它体内有鳔，可以直接呼吸空气。因此，总鳍鱼被认为是登陆的先驱。
总鳍鱼上陆
长期以来，人们认为总鳍鱼早已灭绝了。可是40年前，在南非东海岸竟捕捞到一条活着的总鳍鱼，引起了轰动。这条总鳍鱼长得并不难看，全身钢青色，眼睛是深蓝的。显然，这是总鳍鱼转移到海洋的一支后裔。为了纪念把这个珍贵动物保留下来的一位欧洲妇女拉蒂曼，科学家把这个总鳍鱼叫做拉蒂曼鱼。最近，据统计，这类鱼已捕捞到92条了。
第一批登陆成功的先驱鱼，除总鳍外还有另一位候选者，那就是和总鳍鱼同属于肌鳍类的肺鱼。肺鱼在身体结构上和以后的陆生脊椎动物有许多相近之处，而且现在它的不少后代还活着。它们有肉质偶鳍，可以在地上爬行；有肺，可以直接呼吸空气。泥盆纪的地层中，肺鱼的生活痕迹也不少。所以人们认为肺鱼和总鳍鱼在登陆竞争中，究竟谁是冠军，还有待进一步考证。
我们不妨设想一下当时的情况：陆地上升，水中缺氧，干旱，逼迫着总鳍鱼或肺鱼从这个水塘爬到另一个水塘。它们在找水的路上无意中在大片沼泽丛林中呆了下来。当然，要完全适应这个陌生的陆地世界，还得经过漫长痛苦的过程。不能适应的死去了，比较能适应的留下了后代。
这样一代一代传下去，胸鳍和腹鳍转变成了四肢，鳃退化了，肺又代替了鳔，最后形成了新的类群——两栖类。
在距今3.5亿年左右的地层中，科学家发现了最古老的两栖类动物化石——鱼石螈。它是真正在陆地上定居下来的脊椎动物的元老。它比肌鳍鱼类出色的地方是偶鳍上长出了五趾，头骨可以活动，显然眼界要比鱼开阔得多。
两栖类动物在距今3.5亿～2.5亿年间的石炭纪、二叠纪时期非常繁盛，但后来大部分灭绝了。世界上现存的个头最大的一种是我国特有的大鲵，又叫娃娃鱼。1983年6月，我国古生物学工作者，在新疆乌鲁木齐市六道湾，发现了生活在2.4亿年前的两栖类动物化石，给它定名为乌鲁木齐鲵，它与古鳕鱼生活在一起。
青蛙和蟾蜍，是两栖类中现存最多的一个类群，并且一直生活得很成功。
