地球生命簡(jiǎn)史

劉金宇　王寶鵬

一花一鳥(niǎo)，你與我，皆是生命。這多姿多彩的生命讓地球充滿(mǎn)活力。身處食物鏈的最頂層，人類(lèi)時(shí)常自詡地球的“主人”。但你我是否想過(guò)，地球在長(zhǎng)達(dá)46 億年的演化史中，擁有過(guò)哪些生命？最初的生命從哪兒來(lái)？又長(zhǎng)什么樣？如今，科學(xué)家已經(jīng)找到很多破解這些問(wèn)題的方法。本期我們一起探索生命的奧秘吧！

地球新生

很久以前，一顆古老的巨型恒星發(fā)生爆炸，產(chǎn)生了由氣體和塵埃組成的星云。數(shù)百萬(wàn)年后，也就是46 億年前，這些星云在萬(wàn)有引力的作用下匯聚、旋轉(zhuǎn)，形成了太陽(yáng)和它的行星系統(tǒng)，地球就是行星中的一員。

頻繁的隕石撞擊使年幼的地球積蓄了大量熱能，地表巖漿的劇烈活動(dòng)使甲烷、氫氣和水蒸氣等不斷從地球內(nèi)部逸散出來(lái)，形成了原始大氣。

漫長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)后，地球逐漸冷卻下來(lái)。大氣中的水蒸氣變?yōu)橐粓?chǎng)大雨，地表幾乎全部成為海洋，為生命的誕生做好了準(zhǔn)備。

澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)35 億年前的微生物化石（Schopf，1993）和現(xiàn)代藍(lán)藻，兩者很像

生命的第一抹曙光

常言道：“水是生命之源?！笨墒牵挥兴€是不夠的。生命必需的蛋白質(zhì)、遺傳物質(zhì)等從何而來(lái)？目前，科學(xué)界還沒(méi)有定論。

一些人認(rèn)為，生命是以孢子或其他形式從太空來(lái)到地球的；另外一些人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，早期大氣的組分在閃電、太陽(yáng)粒子等作用下，能在海洋中形成“生命培養(yǎng)湯”，其中就包括氨基酸等物質(zhì)。

迄今為止，大家公認(rèn)的最原始的生命形式是原核生物，可靠的證據(jù)源于澳大利亞西部地區(qū)的化石記錄。

澳大利亞鯊魚(yú)灣的現(xiàn)代疊層石，數(shù)萬(wàn)年后，它們也會(huì)變成上圖中的樣子

澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)35 億年前的疊層石（Grey et al.，2002 ；Reitner et al.，2011）

在大約35 億年前形成的疊層石中，僅微米級(jí)大小的生命留下了有機(jī)質(zhì)壁和類(lèi)似現(xiàn)代藍(lán)藻的形態(tài)。那時(shí)，數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的它們?cè)谒新?lián)結(jié)并黏附周?chē)哪嗌?，如此往?fù)建造出一個(gè)個(gè)小丘—— 疊層石，成為史上最成功的生命形式。

“真核”初見(jiàn)

藍(lán)細(xì)菌的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了光合作用的先河，給未來(lái)近十億年的大氣帶來(lái)質(zhì)變。大約25 億—23 億年前，大氣中的氧氣含量明顯增加，一度超越現(xiàn)代水平。

大氧化事件推動(dòng)了原核生物的進(jìn)步，在20 億年前催生出新的生命形式—— 真核生物。它們依賴(lài)氧氣生存、通過(guò)細(xì)胞核傳宗接代，生殖方式的革新推動(dòng)著它們的后代朝著多樣性增加、多細(xì)胞的方向前進(jìn)。歷時(shí)10 多億年后，原生動(dòng)物登上舞臺(tái)。

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光合作用是指藍(lán)細(xì)菌、植物等利用太陽(yáng)的光能，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放氧氣的過(guò)程。這一過(guò)程在生命演化史中多次起到重要作用。

藍(lán)田生物群（袁訓(xùn)來(lái)等，2012）。包含叢狀、扇狀的藻類(lèi)和一些帶觸手的動(dòng)物

知識(shí)鏈接

地球上的陸地曾經(jīng)連在一起，組成了一個(gè)超級(jí)大陸，它經(jīng)歷了數(shù)次分分合合，才到了現(xiàn)在七大洲的位置。

廟河生物群（Wang et al.，2021）。以藻類(lèi)化石為主

甕安生物群（Xiao et al.，1998）。很像分裂中的胚胎，可能是一種已經(jīng)滅絕的生命形式

變革的序幕

8 億年前，地球開(kāi)始發(fā)生劇變。超級(jí)大陸逐漸解體后，整個(gè)地球幾乎全都進(jìn)入冰封狀態(tài)，而這沒(méi)有終結(jié)生命的演化進(jìn)程，反而促成了一場(chǎng)大變革！接連出現(xiàn)的生物群為它提供了寫(xiě)照。

6 億年前的今安徽藍(lán)田、湖北廟河、貴州甕安生物群重現(xiàn)了當(dāng)時(shí)的藻類(lèi)、疑源類(lèi)和動(dòng)物胚胎；到了5.6 億年前，埃迪卡拉動(dòng)物群卻是一群造型奇特的宏體動(dòng)物；5.5 億—5.41 億年前，今湖北石板灘和陜西高家山生物群已經(jīng)擁有骨骼、對(duì)稱(chēng)體形，以及攻守、取食的行為。這些早期生命的進(jìn)化嘗試已經(jīng)初見(jiàn)成效，離我們熟知的樣子越來(lái)越近。

高家山生物群中的管狀化石，是動(dòng)物棲居留下的遺跡（ 華洪等，2020）

變革的主幕（5.41 億—5.2 億年前）

前文提到的歷史不經(jīng)意間已劃過(guò)40 多億年，“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”一聲?shū)Q響，最精彩的一幕即將到來(lái)。

寒武紀(jì)引領(lǐng)了顯生宙這個(gè)巖石中常出現(xiàn)宏體生物化石的時(shí)代。除了你我熟悉的三葉蟲(chóng)外，在當(dāng)時(shí)的小殼化石生物群及今陜西寬川鋪、云南澄江、貴州凱里、湖北清江生物群中，還有長(zhǎng)著硬殼的小殼動(dòng)物、巨大的奇蝦、長(zhǎng)著五只眼的海蝎、以?？隰~(yú)和昆明魚(yú)為代表的原始魚(yú)類(lèi)。

這段歷史奠定了之后數(shù)億年的生物門(mén)類(lèi)。生物開(kāi)始用骨骼和武器武裝自己，第一條吃與被吃的食物鏈也產(chǎn)生了。

寒武紀(jì)的生物群（Masato Hattori 繪制）

志留紀(jì)生物。海蝎成為海洋霸主，并和蕨類(lèi)植物一起探索登陸，有頜魚(yú)類(lèi)開(kāi)始出現(xiàn)

然而，偉大的生命也在不斷尋求改變。節(jié)肢動(dòng)物海蝎抓住這次滅絕的良機(jī)，在志留紀(jì)以出色的游泳技能打敗角石成為霸主。它們中的一部分更是走向陸地，成為蜘蛛的祖先。盾皮魚(yú)無(wú)力抗衡，卻創(chuàng)造出“頜”這個(gè)捕食利器。一些腕足類(lèi)、珊瑚類(lèi)和層孔蟲(chóng)等小動(dòng)物逐漸在海洋中繁盛起來(lái)。

大爆發(fā)后的生命演化并非一帆風(fēng)順。古生物學(xué)家通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在顯生宙曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多次生物多樣性減少的事件——“滅絕”事件。其中最突出的當(dāng)屬“五大滅絕”。

第一次大滅絕：奧陶紀(jì)末（4.45 億—4.43 億年前）

奧陶紀(jì)初期的海洋非常熱鬧。頭足動(dòng)物角石以10 米長(zhǎng)的體形加冕霸主，三葉蟲(chóng)不得不以巨型化的方式頑強(qiáng)抵抗，筆石在水中漂蕩，甲胄魚(yú)開(kāi)始穿上頭甲，淺海藻類(lèi)初嘗登陸的滋味……

奧陶紀(jì)末期，全球冰川的大規(guī)模形成與消融導(dǎo)致海平面發(fā)生急劇的升降變化，淺海動(dòng)物因?yàn)闊o(wú)法承受生存空間的劇烈波動(dòng)而大量死亡，導(dǎo)致了第一次大滅絕。80% 的物種沒(méi)能幸免。

奧陶紀(jì)生物（Shutterstock 繪制）。巨大的18 角石和三葉蟲(chóng)，使甲胄魚(yú)顯得很

筆石的尸體在石頭上如同筆跡，因而得名“筆石”

第二次大滅絕：泥盆紀(jì)晚期（3.76 億—3.59 億年前）

卷起身體的菊石游得更快，可以躲避盾皮魚(yú)的攻擊。一些魚(yú)類(lèi)開(kāi)始嘗試登陸，學(xué)會(huì)了兩棲生活。

泥盆紀(jì)時(shí)期，魚(yú)類(lèi)以無(wú)敵的咬合能力迎來(lái)了屬于自己的時(shí)代。那時(shí)，盾皮魚(yú)以龐大的軀體雄霸一方，陰影下的硬骨魚(yú)以鰭為腿，意外學(xué)會(huì)了兩棲生活，變成四足動(dòng)物魚(yú)石螈。這般情形下，舊主角石不得不蜷曲自保，成為更加靈巧的菊石。海底的腕足動(dòng)物安然享受著珊瑚礁的庇護(hù)。

陸地上的裸蕨植物大放異彩。然而，由于它們的光合作用消耗了大量溫室氣體—— 二氧化碳，地球逐漸變得寒冷起來(lái)，終在泥盆紀(jì)晚期釀成了第二次大滅絕，包括無(wú)頜魚(yú)、盾皮魚(yú)、筆石等在內(nèi)的70% 的物種沒(méi)能挺過(guò)漫長(zhǎng)的寒冷，溫暖海洋中長(zhǎng)成的珊瑚礁也近乎完全毀滅。

泥盆紀(jì)生物（Masato Hattori 繪）

第三次大滅絕：二疊紀(jì)末—— 地球末日（2.52億年前）

石炭紀(jì)至二疊紀(jì)早期，蕨類(lèi)植物競(jìng)相沖天，成為連綿的雨林，為“巨蟲(chóng)時(shí)代”創(chuàng)造了溫床。節(jié)肢動(dòng)物中，2 米長(zhǎng)的馬陸、70 厘米寬的蜻蜓成為佼佼者。由兩棲動(dòng)物演變的爬行動(dòng)物逐漸適應(yīng)了脫水環(huán)境。

然而，雨林中的巨量氧氣輸出也成為自己的助燃劑，大片石松倒伏在閃電引發(fā)的大火中，3 億年后成為今天的煤炭。二氧化碳的大量消耗使氣候再度轉(zhuǎn)為干冷，雨林退縮為沙漠綠洲。耐旱的裸子植物取代了蕨類(lèi)植物，爬行動(dòng)物順勢(shì)成就了“巨獸時(shí)代”。海洋中，鯊魚(yú)成為霸主。溫暖的淺海成為鈣藻、（tíng）類(lèi)、腕足類(lèi)動(dòng)物的天堂。

不承想，這一切都在地球深部的暗流涌動(dòng)中發(fā)生。二疊紀(jì)末期，火山巖漿在地表數(shù)百萬(wàn)平方公里的范圍內(nèi)噴發(fā)，嚴(yán)重污染了天空和海水，95% 的海洋物種和75% 的陸地物種遭受了滅頂之災(zāi)，成為有史以來(lái)最嚴(yán)重的滅絕事件。

知識(shí)鏈接

（蟲(chóng)＋筵），又名紡錘蟲(chóng)，是一種形似米粒的單細(xì)胞原生動(dòng)物。生活在水深100 米左右的熱帶或亞熱帶淺海中，僅出現(xiàn)在石炭紀(jì)至二疊紀(jì)。

第四次大滅絕：三疊紀(jì)末（2 億年前）

三疊紀(jì)初期，大滅絕事件的幸存者接管了重建家園的使命。爬行動(dòng)物中，水龍獸躲過(guò)災(zāi)難，可沒(méi)過(guò)多久就被主龍類(lèi)取代；另一部分則重返海洋，建立起魚(yú)龍王國(guó)。一場(chǎng)百萬(wàn)年的大雨過(guò)后，裸子植物重新織就了森林。

三疊紀(jì)生物（Brian Choo 繪）

三疊紀(jì)生物（Mohamad Haghani 繪）

不巧，到了三疊紀(jì)末期，又一次超大陸的解體使地表再度發(fā)生大規(guī)?；鹕奖l(fā)，污濁的空氣和海水嚴(yán)重威脅了爬行動(dòng)物和頭足動(dòng)物的生存，造成了第四次滅絕事件。在這番頹勢(shì)中，恐龍躲過(guò)了劫難，而它原來(lái)只是主龍類(lèi)中的一個(gè)小角色。

侏羅紀(jì)生物（Bizleyart.com）

侏羅紀(jì)生物（Nikolay Zverkov 繪）

Lb58pFGe7nUhnNi6GprZDg==白堊紀(jì)生物（Masato Hattori 繪）

第五次大滅絕：白堊紀(jì)末（6 576 萬(wàn)年前）

侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)時(shí)期物種持續(xù)繁盛。陸地上，異特龍、霸王龍、角龍依次接管了“恐龍王朝”的王位，被子植物逐漸取代了裸子植物。一些恐龍化羽毛為沖天利器，變?yōu)轼B(niǎo)類(lèi)，翱翔天空。海洋中，爬行動(dòng)物王國(guó)仍在延續(xù)，蝦、蟹和硬骨魚(yú)類(lèi)成為它們的食物。

白堊紀(jì)末期，一顆直徑10 公里的隕石撞向地球，巨大的能量撼動(dòng)了大地，濺起的煙塵阻隔了陽(yáng)光，地球再度陷入寒冷?！翱铸埻醭鞭Z然倒塌，菊石動(dòng)物永遠(yuǎn)消失，第五次滅絕載入史冊(cè)。

犬齒獸在洞穴中注視著這一切，它們的哺乳行為和胎生能力為它們的翻盤(pán)埋下伏筆。

白堊紀(jì)末小行星撞擊地球（Richard Bizley 繪）

古近紀(jì)至新近紀(jì)時(shí)期，大陸漂移至現(xiàn)在的位置，世界屋脊改變了全球氣候。森林讓位于草原，被子植物日益繁盛。哺乳動(dòng)物中，馬科、鹿科、?？泼摲f而出，有些也上天、下海成為蝙蝠、鯨等。新近紀(jì)末期，東非草原上的靈長(zhǎng)類(lèi)逐漸習(xí)慣了直立行走。海洋中，巨齒鯊成為霸主，有孔蟲(chóng)、雙殼動(dòng)物獲得海底世界的統(tǒng)治地位。

我們正處的第四紀(jì)充滿(mǎn)冷暖交替。幾萬(wàn)年前，末次冰期打擊了猛犸象、披毛犀等巨獸。人類(lèi)祖先耐受住了氣候的考驗(yàn)。按照“走出非洲假說(shuō)”，180 萬(wàn)年前，直立人種從非洲走向今云南元謀、北京周口店等。30 萬(wàn)年前，智人在非洲誕生，人類(lèi)的故事從此傳遍世界。

回望恢宏的生命演化史，人類(lèi)的出現(xiàn)演繹著當(dāng)今地球“適者生存”的精彩故事。但無(wú)論從時(shí)間，還是從空間的尺度來(lái)看，人類(lèi)都是渺小的。歷史告訴我們，越是高級(jí)的霸主，越是難以永生，即將影響人類(lèi)的第六次生物滅絕或許只是時(shí)間問(wèn)題！

幾百年來(lái)，人類(lèi)的智慧改變了地球的面貌，引發(fā)了不少生態(tài)危機(jī)，這無(wú)疑加速了人類(lèi)滅亡的進(jìn)程。我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，人類(lèi)自詡“主人”未免是自大的。作為地球的一分子，我們應(yīng)該敬畏生命、敬畏自然，成為地球的捍衛(wèi)者。