自然演化的科学图景

二、自然演化的科学图景

当我们深思熟虑地考察自然界或人类历史活动的时候，首先呈现在我们眼前的，是一幅由种种联系和相互作用无穷无尽地交织起来的画面，其中没有任何东西是不动的和不变的，而是一切都在运动、变化、生成和消逝，这就是自然界的演化。根据当代自然科学所达到的认识，整个自然界的演化主要是由宇宙的起源、地球的起源、生命的起源和人类的起源这“四大起源”所构成的。

1.宇宙的起源和演化

（1）“宇宙”的概念

“宇宙”（universe，cosmos）的含义有广狭之分：广义上指无限多样、永恒发展的物质世界；狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统。后者往往称作“可观测宇宙”、“我们的宇宙”，是自然科学所涉及和研究的对象。

在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》：“旁日月，挟宇宙，为其脗合。”意思是说，圣人同日月并明，怀抱宇宙，和宇宙万物合为一体。《墨经》说：“宇，弥异所也。”《经说》解释道：“宇，蒙东西南北。”“宇”的含义包括各个方向，如东西南北的一切地点。《墨经》又说：“久，弥异时也。”《经说》解释道：“久，合古今旦莫。”这里的“久”同“宙”、“莫”同“暮”。“久”（“宙”）包括过去、现在、白天、黑夜，即一切不同的具体时间。战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”这些论述明确指出：“宇”指空间，“宙”指时间，“宇宙”就是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等，但这些概念仅指宇宙的空间方面。《管子》的“宙合”一词，“宙”指时间，“合”（即“六合”）指空间，与“宇宙”概念最接近。

（2）宇宙起源的学说从神话到科学的发展

德国哲学家I·康德说过：“有两样东西，我们越是持久和深沉地思考着，就越有新奇和强烈的赞叹与敬畏充溢我们的心灵：这就是我们头顶的星空和我们内心的道德律。”⁽⁴⁰⁾

这段极其诚挚的话语真实地道出了人类数千年的心声，星空宇宙的确是人类持久思考的神奇对象。而在宇宙论中，从遥远的神话时代一直到今天，宇宙的起源始终是科学家、哲学家、神学家的思辨和诗人的遐想的中心。

在远古时代，由于人类认识能力的局限，对自然力量和人类自身的种种问题无法用科学思维的方式加以说明。他们创造了形形色色的神话，“用想象和借助想象以征服自然力，支配自然力，把自然力加以形象化”⁽⁴¹⁾。

在神话中，自然界的种种现象如日、月、山、水、火、雷、电等是作为人格化的神而出现的。原始人类首先将这些自然现象加以人格化，成为多样的神，然后以追溯神谱的方式，探求诸神的起源，即从多神中选出一个神来，认为它是先于和产生其他神的，并且是创造一切事物的。其中最有代表性的是公元前8世纪末希腊思想家赫西奥德的《神谱》。在对诸神的描述中，表现了对宇宙和自然现象的想象和猜测，并且用人间的社会秩序、人的品格来想象诸神的体系。这实际上是以幻想的神话形式，对宇宙的生成和演化作了素朴的猜测。《神谱》中写道：

“首先出现的是混沌（chaos）；接着出现的是宽广的大地、那永远岿然不动的为一切不朽的神居住的奥林帕斯雪峰的基座；接着是在宽广的大地凹处的朦胧的冥府塔尔塔洛；接着是不朽的神中最可爱的爱神厄洛斯，她对待神和人是一样的，既酥软了他们的手足，又慑服了他们的神志。从混沌中产生了黑域厄瑞布斯和黑夜。他们婚配后，又从黑夜中产生了以太和白昼。于是大地首先产生和她本身同样广大的、点缀着繁星的天宇，将自身团团围住，并作为幸福的诸神的永恒居处；以后她又不经交配而产生高山，是栖息于森林山谷的女神尼姆福斯流连的居处，以及波涛汹涌的海洋。然后，大地与天宇婚配，产生涡流深深的海洋之神俄刻阿诺……”

世界各民族几乎都有它关于宇宙开创的神话。公元前6世纪，中国上古先民关于盘古开天辟地的神话传说，也透露出宇宙最初是混沌的、经过演化逐渐形成的思想。现存可信的材料为三国时候徐整《三五历纪》的记载：“天地混沌如鸡子，盘古生其中；万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地；盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈。如此万八千岁，天数极高，地数极深，盘古极长。”

之后，成书于公元前2世纪的《淮南子·天文训》的论述亦具代表性：“天地未形，冯冯翼翼，洞洞，故曰太昭。道始于虚霩，虚霩生宇宙，宇宙生气。气有涯垠，清阳者薄靡而为天，重浊者凝滞而为地。清妙之合专易，重浊之凝竭难，故天先成而地后定。天地之袭精为阴阳，阴阳之专精为四时，四时之散精为万物。积阳之热气生火，火气之精者为日；积阴之寒气为水，水气之精者为月；日月之淫为精者为星辰。”根据这段话及《淮南子》别处的论述，可以了解当时人们心目中的宇宙演化图景：宇宙初始是一团浑沌不分的气，由这团气中产生了时间和空间，这导致阴阳二气的分离。阳气轻清，飞扬上升而为天；阴气重浊，凝结聚滞而成地。阴阳二气的聚集，导致日月星辰的产生；阴阳二气的推移运动，造成四季往复，万物衍生。

我们应该看到，古代自然哲学家关于宇宙的起源和演化的思想是很了不起的。虽然缺乏自然观察的依据，有不少想象和虚构的成分，但是它将从宇宙到人类的整个自然界，都看作是由物质元素在宇宙中逐渐形成的，并且把事物运动变化的原因归于事物内在的力量，试图从对立面的统一和斗争揭示产生事物的根源，包含着丰富的朴素辩证法的思想。直到20世纪，关于宇宙起源的学说才从神话和形而上学领域步入科学的殿堂。

（3）大爆炸宇宙论和暴胀宇宙论

按照现代宇宙学中最新、最有影响的大爆炸宇宙论⁽⁴³⁾和暴胀宇宙论⁽⁴⁴⁾，宇宙起源于大约150亿年前至200亿年前的一次大爆炸。宇宙大爆炸之初，是一个高温、高密度的“奇点”。从大爆炸开始至10^－4³秒（普朗克时间）之间有一个过渡的混沌状态，它包含有随机的量子涨落以及由初始状态的一种临界不稳定性造成的许多被称为“泡沫”的区域。在10^－4³秒的瞬间，宇宙的温度高达10³²开尔文，热辐射能量为10²⁸电子伏特。在大爆炸后的10^－4³～10^－3⁶秒，随着宇宙的膨胀，温度的下降，宇宙进入到一个叫做“假真空”（false vacuum）的状态，这种“假真空”不同于真的物理真空，它具有巨大的能量密度（可能达到10⁸⁸焦耳／厘米³，相当于原子核能量密度的10⁵⁹倍），表现出巨大的负压力，引起引力排斥效应，使宇宙从大约10^－3⁶秒后发生按指数急剧的膨胀即所谓“暴胀”（inflation），以致在这一极短的时间（10^－3⁶～10^－3²秒）内，宇宙的半径增加了约10⁵⁰倍。

暴胀骤然发生时，宇宙分裂为以事件的特殊视界而彼此隔离开来的区域，其中的每一个区域实际上就是一个独立的宇宙，它们在暴胀后都超过我们可观测宇宙的部分，而人类就只生活在其中的一个宇宙之中。

在暴胀结束后（10^－32～10^－6秒），宇宙进入对称破缺阶段，由“假真空”态转变为“真真空”态，其多余的能量释放出来，在“真真空”中产生了诸如夸克、轻子之类的最基础的基本粒子，标志着宇宙的诞生⁽⁴⁵⁾。随着宇宙温度和密度的逐步降低，宇宙又经历了以下几个演化阶段：

①强子时代。当宇宙时为10^－6秒，温度降到10¹²开尔文时，热辐射能为10⁹电子伏特，夸克进入“袋”中，即发生夸克—强子转换，因而强子包括介子和重子（如质子、中子、超子、Σ超子等）成为宇宙中最活跃的进行强相互作用的基本粒子。

②轻子时代。即温度降低到10¹¹开尔文，大约在宇宙时10^－4秒，宇宙进入产生轻子及其反粒子占主要地位的时代，这时宇宙中的物质成分有电子、正电子、μ介子、中微子和τ子，还有一些从强子时代留下来的中子和质子。这个时期的主要特征是粒子的分解和正反粒子的湮灭，如中子衰变成质子放出电子和中微子，电子和正电子相遇湮灭为两个光子。由于这两个反应是不断进行的，因而产生了大量的光子和中微子，以至当温度下降到10¹⁰开尔文时，导致光子辐射占优势，于是宇宙的演化进入下一个阶段。

③辐射时代和核合成时代，即大爆炸后的1秒钟，温度降到10¹⁰开尔文时，热辐射能为10⁶电子伏特，宇宙进入辐射时代。在这个时代之初，仍然存在着许多粒子。但当温度降到3 × 10⁹开尔文（宇宙时为1～3分钟），轻子便急剧消失，伴随着释放出大量的光子。于是，宇宙几乎全由光子组成。

当温度下降到10⁹开尔文、宇宙时为3分钟时，热辐射能为10⁵电子伏特，进行核反应形成化学元素。因为这时出现了自由中子和自由质子，它们之间进行核反应形成氘（D），进而两个氘核相互作用又结合成氦（He⁴）。核合成结束时，宇宙间约有25%的物质变成了氢。

宇宙时10⁴年，温度下降到大约10⁵开尔文，自由电子开始被原子核所俘获，形成稳定的原子。

④星系时代。在宇宙时10⁶年，温度下降到约3 × 10²开尔文，随着原子的形成，自由电子在宇宙中逐渐消失，宇宙中的实物粒子在辐射下变得透明，它们与辐射退耦，在宇宙进一步发展中起着主导作用。这时宇宙内实物粒子从等离子体演化成气状物质。随着宇宙进一步膨胀和温度下降，气状物质被拉开，形成原始星系，并进而形成星系团，然后再从中分化出星系。

⑤恒星时代。当宇宙时为50亿年时，在星系中进一步凝聚成亿万颗恒星。恒星的演化，一般经历引力收缩阶段、主序星阶段、红巨星阶段、脉冲星阶段或爆发阶段和高密阶段（包括产生白矮星、中子星、黑洞等）。而在恒星演化的特殊阶段和特定条件下形成行星，发展出像太阳系那样的行星系统。

需要说明的是，支配宇宙演化过程的各种自然力本质上是统一的。在宇宙极早期，也就是在大约10^－4³秒之前，统一的力支配着所有的相互作用。今天我们所知道的自然界中的4种基本相互作用，即引力、强力、弱力和电磁力，那时是不可区分的。随着宇宙的膨胀和降温，真空发生一系列相变：在大爆炸后10^－4³秒，温度下降到10³²开尔文，引力首先分化出来，但强、弱、电三种作用力仍不可区分，夸克和轻子可以互相转变；到大爆炸后10^－36秒，温度降到10²⁸开尔文，大统一相变发生，强作用同电、弱作用分离，物质和反物质之间的不对称（即质子、电子等这类物质多于反质子、正电子之类反物质的现象）开始出现；10^－12秒后，温度降到10¹⁶开尔文，弱电相变发生，弱作用和电磁作用分离，完成了四种相互作用逐一分化出来的历史⁽⁴⁶⁾。

2.地球的起源和演化

相对于宇宙的年龄来说，地球和它所绕转的恒星（太阳）都是“晚辈”。据科学测定，地球是在46亿年前从星云物质中脱胎而出的。那时的原始地球是一个均质的球体，碳、氧、镁、铁、镍等元素混杂在一起，无圈层之分。随着原始地球体积和质量不断增大，由于引力势能和物质撞击的功能不断转化为热能，特别是放射性元素蜕变释放的热能的不断积聚，使地温逐渐升高，物质形态互相转化的物理化学过程开始活跃起来。当地内温度达到2 000℃以上，原始地球的物质便发生熔融和分化。于是，以铁、镍等重元素为主组成的物质在重力作用下下沉到地心而形成地核，硅酸盐等较轻物质上浮形成地幔。地壳由地幔进一步分化而成，它是由硅、铝、镁的氧化物和盐类等更轻的物质组成。

之后，由于放射能的继续加热，地幔物质再度熔融分异，相对轻的玄武岩物质组成上地幔，相对重的橄榄盐物质组成地幔的主体，进而再按比重和化学组成分化，地幔分带结构便逐步成型。

地幔物质熔融向上带出易熔组分，又为地壳形成创造了物质基础。据计算，约需熔融800～900千米的巨厚地幔层，才能满足现今地壳中某些元素的含量。地幔熔融不仅向上熔出了大量较轻的造岩元素锂（Li）、铍（Be）、硼（B）、氮（N）、铁（Fe）、铝（Al）、钾（K）等，而且也使离子半径相当大的重元素钍（Th）、铀（U）等向上迁移并富集于地壳。其次，依据现今平均每年仍有500万吨宇宙尘埃降落地表的事实，推测地球早期更有大量来自宇宙空间的陨石坠落地面，成为组成地壳物质的重要物源。

从原始地球成型到原始地壳起源，标志着地球天文发展时期的终结和地壳发展时期的开始。这一转折点大约出现在45亿年前。经历约10亿年的演变，终于在35亿年前形成硅镁层即类玄武岩的原始地壳。这个地壳起源阶段以大面积强烈火山活动为其主要特征，它起因于地幔物质熔融分异作用，形成了大面积喷发熔岩和火山堆积物，后经变质造成遍布全球的绿岩系即地壳下层（硅镁层）的物质基础。

地幔物质进一步熔融分异，使地壳发展进入上层硅铝壳形成阶段（35亿年前—26亿年前），相当于历史上的太古代，以较强烈的酸性火山活动为主要特征。这时，大面积的花岗岩化作用，导致在地球一定部位出现了团块状的硅铝质古老陆核，伴生了与地幔物质分异有关的矿产及矿床。

早元古代（26亿年前—19亿年前），是陆核边缘带状构造带发育及硅铝壳扩大阶段。此时，地内能量变化速度最大，普遍发育花岗岩化与混合岩化。随着放射性能源的迁移，硅铝质地壳向外扩展和新生，造就了一系列弧形褶皱构造带，普遍伴有花岗岩化、混合岩化带及含铁石英岩建造、碳酸盐建造。

大约在中晚元古代（19亿年前—6亿年前），为硅铝壳继续增长与演化阶段。这时，随着放射性同位素²³⁸U、²³²Th、⁴⁰K衰变能的递减，能量演化速率缓慢，导致火山活动明显减弱，火山岩系明显减少，但地壳运动周期性却逐渐清晰，造成地核增长、地幔发展、地壳扩大以及地球外围（大气圈、水圈和生物圈）的形成与演变。

地幔物质的增温熔融，不仅造成其内部物质分异，同时也是地表圈层产生的过程。由于地幔物质增温，被禁锢在地幔物质中的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氨、水汽、氢、氮和一些含硫的气体逸出地表。它们在重力作用下被固定在地球周围，形成原始大气圈。以后，由于太阳辐射对水汽的光解作用和植物的光合作用，原始大气中产生了氧，并在氧化作用下，原始大气的成分逐渐变成以氧和氮为主要成分的现代大气。水圈是从大气中分化出来的。早期的大气中含有大量的水汽，以后由于地表温度下降，水汽便凝结成雨降到地面。地壳凹处的大量积水，经过漫长的地质年代形成了海洋，集聚在大陆上的水形成江、河、湖泊以及地下水和冰川。地表水、地下水和海洋息息相通，可以看作是连续的水圈。这样，就形成地球的内三圈（地核、地幔、地壳）和外三圈（岩石圈、水圈、大气圈）。生命形成发展后还有生物圈。

3.生命的起源和进化

生命，是蛋白体和核酸的复合体系存在方式。一种高级的、复杂的物质运动形式。这种复合体系及其组成部分，能不断通过自我调节控制，在同外部环境进行的物质、能量、信息的交换过程中，实现自我更新、自我保存、自我复制、自我组织。

生命起源的化学进化阶段，一般认为在地球诞生之后大约10多亿年的时间。这一化学进化过程大致经历了如下四个阶段：

①从无机小分子合成有机小分子。由无生命的物质向生命物质的转化需要一定的物质基础，即甲烷（CH₄）、氨（NH₃）、水蒸气（H₂O）、氢（H₂）等。这些物质在地球早期的大气中是大量存在的。实现这种转化还需要一定的能量。来自太阳的紫外线、大气中的电击雷鸣、地下的火山熔岩等都是重要的能源。正是这些能源的作用，使无机小分子CH₄、NH₃、H₂ O、H₂等合成氨基酸、核苷酸以及单糖等有机小分子。

②从有机小分子合成生物大分子。由于原始地球上的氨基酸、核苷酸、单糖等逐渐聚集，在太阳能的进一步作用下，氨基酸脱水缩合而成蛋白质分子，核苷酸脱水缩合而成核酸分子，单糖缩合而成多糖。这些不是普通的有机高分子，而是直接通向复杂生命的生物大分子。

③从生物大分子组成多分子体系。在原始海洋中生物大分子愈积愈多，加上江河溶解和冲刷带来的大量无机盐及其他有机物，为形成多分子体系创造了条件。蛋白质和核酸就聚成一种具有一定内部结构的颗粒，有人把这种颗粒叫做“团聚体”（coacervate，如A·I·奥巴林），也有人叫它为“微球体”（microsphere，如S·W·福克斯）。它们漂浮在原始海洋中，外面包着原始的界膜，从而构成一个独立的体系。这种体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换、能量转换和信息传递。

④从多分子体系演变为原始生命。生命是由核酸与蛋白质组成的、具有自我更新和自我复制能力的多分子体系。一些多分子体系经过长期的不断演变，随着结构与功能的逐渐完善，最终是能把同化作用和异化作用统一于一体产生出原始的新陈代谢作用，并且能进行自我繁殖。这样，多分子体系就进化成为原始的生命物质。

在经过了漫长的元素形成化学进化过程后，大约在40亿年前，最初的生命出现了，此后便开始了漫长的生物进化过程。

作为一种最简单的、非细胞形态的原始生命又经历了从非细胞到细胞、从原核细胞到真核细胞的演化过程。真核细胞大约在12亿年前出现，它具有植物和动物的双重性质，既能进行自养生活，又能进行异养生活，于是在一定条件下（大约于5亿年前）分化为单细胞植物和动物。植物沿着菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物的方向进化，动物则沿着无脊椎动物、脊椎动物的方向发展，而脊椎动物又沿着鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类的方向前进，最后由哺乳动物类分化出了人类。

现代分子生物学告诉我们，核酸分子是遗传信息的载体，蛋白质是各种功能的执行者，这就是说，没有核酸，蛋白质不能形成；没有蛋白质，也不能形成核酸。由此提出了哪一个在先的问题，到底生命起源是先有核酸还是先有蛋白质，就像是先有鸡还是先有蛋一样，成了人们争论不休的话题。20世纪70年代，德国科学家M·艾根建立了蛋白质和核酸在一个超循环中共同进化的超循环论，认为在生命起源的化学进化阶段和生物进化阶段之间，还有一个分子自组织阶段。在这个阶段中，才形成了具有统一的遗传密码的细胞结构。这样，在逻辑上可以把生命的起源和进化分为：（a）前生物的“化学”阶段；（b）生物大分子的自组织阶段；（c）达尔文所揭示的生物进化阶段。而分子自组织过程是采取了超循环的组织形式⁽⁴⁹⁾。M·艾根强调，只有通过复杂的复合的超循环的形式，才有可能实现蛋白质和核酸的相互合作，促使生命信息的起源和进化。这种把生命起源作为自发自组织现象来描述的理论，为研究生命的起源特别是生命信息的起源提供了一条新的思路。

1985年，美国分子生物学家T·R·切赫和S·奥尔特曼发现，某些RNA自身可以起酶的作用，既能将自己一分为二，又能把分开的各部分结合起来。这一个结果使他们获得了1989年的诺贝尔化学奖。他们认识到，RNA可以在没有蛋白质的帮助下自我复制，它既能携带遗传信息，又能在遗传密码的基础上起到催化作用，这就改变了只有蛋白质才具有催化功能的传统观念。他们把此RNA叫做核酸酶（Ribozyme）。于是有了“生命起源于RNA世界”的说法，认为第一批诞生的生命由简单自我复制的RNA组成。随着它们的进化，形成了蛋白质和脂类，前者可以帮助加快它们的复制，后者可以形成细胞壁或膜。最后这种RNA生物体产生DNA，起着一种更可靠的遗传信息库的作用。一些这样的推测在实验室已经得到了证实，而且根据化石记录，在地球形成后的10亿年内，出现过这样的RNA。但是还有一个重要的问题没有解决，最初的RNA是怎样生成的？

20世纪90年代，我国科学家赵玉芬和曹培生在生命起源上提出新的假说。他们提出磷酰化氨基酸是蛋白质和核酸的共同来源，是生命起源的种子。他们在研究工作中发现，磷元素在生命化学过程中起着主导作用，磷是生命化学过程的调控中心。磷与氨基酸的化合物——磷酰化氨基酸具有自我催化作用，即磷上脂交换、磷酰基转位及自身长大现象。作为最小的、具有生物活性的分子，磷酰化氨基酸的化学性质十分活泼，它既可以自身组合成蛋白质，同时可以与核苷酸合成核酸。因此作为最重要的生命物质，蛋白质和核酸是同时形成的。

现在研究表明，早期地球还原性大气中没有甲烷，S·L·米勒的那个模拟实验有待重复验证。有的生物哲学家认为，过去关于生命起源四个阶段的唯象描述应有所改变，改为更粗线条的三个阶段：（a）化学进化阶段，化学演化的多样性通过随机组合，过渡到生物进化的多样性；（b）RNA世界阶段；（c）由核酸和蛋白质组成的多分子体系。

4.人类的起源和进化

人类是从脊椎动物灵长类中的猿分化出来的。生产劳动是促成这一转变的决定性的条件。“一当人开始生产自己的生活资料的时候，这一步是由他们的肉体组织所决定的，人本身就开始把自己和动物区别开来。”⁽⁵⁰⁾“劳动创造了人本身”⁽⁵¹⁾，而“劳动是从制造工具开始的”⁽⁵²⁾。

一般认为，约两三百万年前，地球上出现了人类。但是，按照现代分子遗传学研究得出的结论是：距今约700万年前，地球上已经存在属于人科物种的生物。可是一直没有寻找到此类人科物种的化石作为佐证。2002年7月22日美国《新闻周刊》发表了题为“都是家庭成员”的文章，宣布：由一名法国人、三名加拿大人组成的古生物化石探寻者小组，2001年7月19日在非洲中部的国家乍得的沙漠里找到了被认定是最早的原始人类化石，生存的时代是距今700万年前。从而印证了现代分子遗传学的研究结论。

人类的起源和进化大体上分为以下四个阶段。

（1）古猿（南方古猿）阶段

这是从猿到人发展的过渡阶段。已发现的化石代表，早期的有腊玛古猿（rama pithecus），晚期的是南方古猿（ausralo pithecus）。腊玛古猿大约生存于距今1 400万年前到800万年前。这种化石最早被发现于巴基斯坦和印度接壤的西瓦立克山（1932年）。1980年在中国云南禄丰县也发现了腊玛古猿的头骨化石。腊玛古猿已能两足直立行走，这是由猿转变到人过程中的“具有决定意义的一步”⁽⁵³⁾。南方古猿大约生存于距今500多万年前到290万年前，这种化石最早是1924年在南非（金柏利）发现的。1972—1974年，在坦桑尼亚和埃塞俄比亚又发现了距今300万年前—400万年前的南方古猿的化石，定名为南方古猿阿法种（A.afarensis）。从南方古猿的化石来看，这种古猿已能敏捷地直立行走，善于奔跑，其手与人的手相接近。腊玛古猿和南方古猿虽然都能够使用天然工具（木棒、石块），但还不能制造工具，还没有完成从猿到人的转变。因此，它们还不能归入人属（homo），而只是一种从猿到人过渡时期的动物。

（2）猿人（直立人）阶段

猿人是人类的直接祖先，大约生存于距今300万年到30万年前—20万年前，在文化发展史上属于旧石器初期。早期猿人化石是1960年在东非坦桑尼亚发现的，称为“能人”（homo habilis），距今约180万年。“能人”的命名，是因为这个种类的代表是第一批能够在300万年前创造真正的工具，180年前盖简单的住所。1972年在东非肯尼亚发现的早期猿人头骨，称“1470号人”，距今270万年。晚期猿人，亦称直立人（homoe erectus），主要代表是爪哇直立人和中国直立人。其中中国直立人头盖骨化石是1929年在北京周口店龙骨山发现的，距今约50万年—60万年。猿人头骨低平，眉脊骨突出，下颌前突，牙齿较大，他们已会制造石器，不仅能采取植物，而且能狩猎熟食，保留火种，过着群居生活。也就是说，“我们的猿类祖先是一种社会化的动物”⁽⁵⁴⁾。

（3）早期智人（古人）阶段

由于最早的智人（古人）化石是1956年在德国杜塞尔多夫城附近的尼安德特河谷中发现的，因而在人类学上也把早期智人（early sapiens）阶段称作尼安德特人（homo sapiens neanderthalensis）阶段。尼安德特人大约生存于距今20万年前—5万年前，已进入旧石器时代中期。中国已发现的化石有陕西大荔的大荔人、广东曲江的马坝人、湖北西部的长阳人、山西襄汾的丁村人等。早期智人已能制作样式不同的标准化石器，能够狩猎巨大的野兽皮蔽体，同时不但能使用天然火，而且能人工取火。

（4）晚期智人（新人）阶段

晚期智人（late sapiens）或新人类型，大约生活在4万年前—5万年前，相当于旧石器时代晚期。由于这种类型的化石最早是1868年在法国南部克罗马农发现的，所以也把新人类型的人类化石叫做克罗马农人（cro‐magnon man）类型。克罗马农人在形体上已很像现代人，已能从事绘画、雕刻等艺术活动，制造装饰品。中国的山顶洞人也属晚期智人，化石于1933年在周口店龙骨山发现，距今18 000年。他们不仅有精细的石器，而且有骨器，用骨针缝制衣服，还把石珠、蚌壳、兽牙、鱼骨等穿孔做成装饰品。他们的狩猎水平较高，能够布置陷阱捕捉猛兽，能够摩擦取火，用兽皮等做简易房屋。晚期智人大约从5万年前开始，逐渐发展成为现代世界的各色人种。

需要指出，人类的进化是与科学技术的发展密切关联的。自从人类从动物界分化出来之后，不仅运用科学技术从体外武装了自身，如借助于种种工具和仪器延长了自己的肢体、感官和大脑，导致了体外的进化，而且还运用科学技术从体内改变了自身，使其发生体内的进化。如今，人类已经能够在分子水平上通过基因工程来“修改”生命，甚至创造出新的生命形式。当代生命科学已发展到足以改造人类自身，改变人类的自然本性的程度。它已经可以在如下不同层次上对人的生命进行技术操作：一是对外形的“修改”或“补充”，如五官整形、断肢再植等；二是对体内器官的治疗和移植，包括天然的器官和人造的器官的移植；三是在细胞水平上的操作，诸如体外受孕、试管婴儿，以及包括生殖细胞和体质细胞的克隆技术等；四是在分子水平上的操作，如目前正在试验的基因治疗以及通过对人体基因组的修改来改善人的生命质量，使人类发生物性的新进化。

以上就是宇宙、地球、生命、人类起源和演化的大致过程，由它们构成了整个自然演化的全景画面。这一画面表明，宇宙起源于大爆炸；在大爆炸后，演化分为宇观—宏观的演化序列和微观—宏观的演化序列。宇观—宏观演化序列反映了整体上、大尺度上自然的演化，其中包括天体的演化、地球的演化以及生物圈、生态系统的演化；宇宙大爆炸时处于“混沌”状态的总星系前身经自组织而分化出各种星系团，再从星系团中分化出星系，原始星系又分化出恒星和恒星系，在发展过程中再分化出行星；在行星表面的特定条件下形成生物圈，生物圈中分出各种生物种群，在生物种群的发展中，人类社会从猿群中产生。微观—宏观演化序列主要反映个体上、小尺度上的自然的演化，其中包括物理进化、化学进化、生物进化和人类进化，它揭示了宇宙大爆炸后如何从最简单的光子和夸克产生愈来愈复杂的层次系统；基本粒子、原子核、原子、分子、生物大分子、细胞、生物体……直至人类。在这里，宇观—宏观演化序列和微观—宏观演化序列是相互依存协同进行的。宇观—宏观演化是微观—宏观演化的背景和舞台，微观—宏观演化是宇观—宏观的本质和机制。例如，倘若不是地球演化到形成原始的大气圈、水圈和岩石圈，就不可能有有机小分子演化为生物大分子再演化为细胞；而由于生命的产生，特别是能进行光合作用的绿色植物的出现，使大气中游离氧增多，它一方面在大气层上层逐渐形成了薄薄的臭氧层，另一方面氧化着大气中含碳化合物（CH₄、CO等），使大气中的CO₂浓度增高，使原始大气逐渐演变变成接近现今的组成⁽⁵⁵⁾。