生命，如何在大灭绝中进化？

▲ 美国黄石国家公园的热泉，它的水由于细菌而呈现五彩斑斓的颜色，这种环境与原始地球的环境相似。图/《生命的进化》

生命从未被死亡击溃。

在地球45亿年的历史中，生命曾经历过多次大灭绝事件。如今，曾经在地球上出现过的物种，99%以上都已经灭绝了。

一亿年后，我们身边的所有物种，可能都将不复存在，这其中，或许也包括我们自己。

大氧化，让生命窒息

原始地球的大气，与今天的大不相同，它由氨气、氮气、甲烷、氢气和水蒸气组成。因为没有氧气，那时的生命都属于严格厌氧的类型。它们有的利用化能生存，比如产甲烷菌，以氢气和二氧化碳为原料，排出甲烷和水；还有一些可以完成无氧光合作用，它们利用地质运动时从地心深处释放出的硫化氢和空气中的二氧化碳，生成有机物、能量、硫和水。

▲ 今天地球上的一些极端环境，比如黄石国家公园的大棱镜温泉，与早期的地球环境相似。图/Wikipedia

但是，在大约25亿年前，或许是因为地质运动所导致的硫化氢匮乏，一小部分已经进化了15亿年的细菌，获得了一种叫做产氧光合作用的技能，它们可以从水中获得氢离子，再与二氧化碳反应，生产有机物和能量，而失去了氢的水，则变成了氧气。

▲ 西澳大利亚海岸的蓝细菌生长残存的叠层石骨架，这些蓝细菌，是大氧化事件的“始作俑者”。图/《BBC: Life on Earth》

在此后的1亿年里，产氧光合细菌以愚公移山的精神，不断为地球上的大气注入着对于大多数生物来说是毒气的氧气。量变慢慢带来了质变，大约在23-24亿年前，地球历史上第一次生物大灭绝——大氧化事件发生了。

▲ 澳洲卡瑞吉尼国家公园的条状铁层，当地球上刚刚产生氧气时，会先将地球上大量的二价铁氧化为三价铁，它们在地层中的印记就是铁层。图/Wikipedia

大氧化事件，加上随后因甲烷、二氧化碳减少而引发的长达数亿年的休伦冰期，造成了厌氧细菌的大批死亡。不过，因为化石证据有限，我们无法知道当时的状况有多么惨烈。我们只知道，在那以后，低效、生长缓慢的厌氧生物成为了隐秘于角落的弃子，幸存下来的生物开始了有氧代谢，这一突破性的进化极大地增加了生物可利用的自由能，让未来生物的多样性成为了可能。

死光：奥陶纪大灭绝

4.5亿年前，地球的气候温暖潮湿，海平面比今天高出几百米之多。虽然此时陆地上依然一片死寂，但在海洋中，却是一片生机勃勃的景象。没有“人”会预料到，一场被称为奥陶纪大灭绝的灭顶之灾即将来临。

▲ 奥陶纪时的海洋，其中巨大的圆锥形的生物是直锥鹦鹉螺，它们是当时海中的霸主。图/《中国国家地理少儿百科：地球》 

在几千光年之外，银河系中一颗衰老的恒星忽然爆发成为了一颗超新星，在爆发时产生的伽马射线“风暴”，在几千年后狂暴地席卷了地球。在那个瞬间，天空中出现了一大一小两个太阳，空气分子被击碎，臭氧层的防线也被彻底瓦解，大地陷入了炙烤之中。作为食物链基础的、生活在海水表面的浮游生物，在伽马射线的辐射和太阳的紫外线的共同攻击下大量死亡。

▲ 演化为超新星的恒星的结局是华丽夺目的，照片中的SN 1994D（左下方的亮点），就是星系NGC 4526的一颗超新星。图/Wikipedia

浮游生物的死亡，意味着这个生态系统都要学会忍饥挨饿。与此同时，空气中的原子重新结合成了二氧化氮，这种棕色的有毒气体遮挡了阳光，一场将持续超过50万年的冰期随之降临。在又冷又饿的环境中，约27%的科与57%的属从此消失。 

在幸存者中，有一种仅有手掌大小、名叫星甲鱼的原始鱼类。在大灭绝前，它们是海洋中的弱者，但在灾难中它们凭借着不挑食的“个性”，顽强地挺过了食物匮乏的年代，成为了今天所有脊椎动物的祖先。而星甲鱼的亲戚刺鲛，原本只会吸食水藻，为了食腐，进化出了能够撕咬尸体的颚。

▲ 星甲鱼。图/Wikipedia

在死光的打击下，生命并没有被击溃，而是变得更为丰富、多样，鱼类，也从此开始统治海洋。

冰火两重天：晚泥盆纪大灭绝

3.75亿年前，地球是属于鱼的时代。海中珊瑚礁覆盖的面积，是今天珊瑚礁面积的10倍，各种鱼类在其间来回游弋。主宰海洋的是盾皮鱼类，比如鼎鼎大名的邓氏鱼，最大的种类长约11米，重量可达6吨，连鲨鱼都是它的捕食对象。

▲ 鱼的时代，最上方那条巨大的鱼，就是史上最大的盾皮鱼——邓氏鱼。图/《中国国家地理少儿百科：地球》

在陆地上，由蕨类与早期裸子植物组成的森林遍布各地，原始的昆虫在潮湿、泥泞的树下蠕蠕而动。但是，地面上作为生产者的植物，相对于作为分解者的微生物来说过于强大了，泥盆纪大气中的氧含量，最高时达到了惊人的30%以上，这远高于现在的21%。 

看似欣欣向荣的盛景，被一系列发生于海底的、剧烈的地壳运动和火山喷发打破了，一场持续了几百万年的大灭绝事件从此开启，地球上的生命再次面临着生死考验。

▲ 泥盆纪晚期的陆上森林假想图。图/Wikipedia

从火山中喷发出的大量包含重金属的有毒物质和二氧化碳，前者毒害了海洋，后者加热了地球。鱼类被毒害，对气温敏感的珊瑚也开始大量死亡。

植物在这场灾变中，扮演了推波助澜的角色。它们在温室地球中的恣意生长，加速了岩石的崩解，释放出更多的矿物质。大量的营养让海水富营养化，绿色的海洋出现了。

▲ 海水的富营养化引发赤潮，赤潮不一定是红色的，它只是一个统称，图中为文莱海岸的赤潮。图/视觉中国 

海水中的绿色，是大量繁殖的藻类，它们白天多生产出来的氧气水里容不下，但晚上的呼吸作用和死亡后的腐败过程却耗光了水中的氧。缺氧环境，让海洋生物再次遭受了致命一击。 

在海底火山喷发大约75万年后，剧烈的陆地喷发又开始了，这次爆发是如此剧烈，以至于一些学者认为它背后的罪魁祸首是撞击了地球的小行星。火山灰形成的乌云遮挡了阳光，地球从温室又一下子又变为了冰窖，在冰火两重天的双重打击下，约19％的科和50％的属在这场灭绝事件中消失。

▲ 冰期的地球（假想图）。图/图虫·创意 

惨烈的大灭绝终结了泥盆纪，但它也为我们留下了丰厚的遗产：一种名为提塔利克鱼的鱼类，为了寻找更好的栖息地，向陆地迈出了一小“步”，它就是两栖类及所有陆生脊椎动物的祖先；同时，泥盆纪的富氧环境，以及矿物质元素的充足供应，让动物可以变得更大、更强壮、更灵活，它们将为我们上演更多的精彩故事。

▲ 提塔利克鱼。图/Wikipedia

大死亡：二叠纪-三叠纪大灭绝

在今天西西伯利亚平原和中西伯利亚高原地区，分布着一片面积约为200万平方千米的玄武岩区，由于这些岩石多呈灰黑色，人们习惯性地称其为西伯利亚暗岩区。 

今天我们能够看到的这片玄武岩，比它刚刚形成时的规模已经小了很多。据估计，这片玄武岩的本来面积可能达到了惊人的700万平方千米。

▲ 巨大的西伯利亚暗岩区。图/Wikipedia

玄武岩是一种火成岩，它诞生于冷却的岩浆。据地质学家分析，这些玄武岩的成岩时间在大约在2.50-2.51亿年前，那时，地球正处于二叠纪的晚期。据估计，至少需要数百万立方千米的熔岩，才能形成如此大规模岩体。这意味着，2.5亿年前的那场火山活动，是过去5亿年来，已知最大型的火山爆发之一。 

那时的地球，简直是一座炼狱。

▲ 二叠纪时，地球所有的陆地都合并在一起，形成了盘古大陆，因此，在巨大的灾难面前，陆上的生命没有安全岛。图/Wikipedia

起初，火山灰遮住了阳光，让地球变冷，火山喷出的二氧化硫与空气中的水结合，降下了全球范围的酸雨。但是，与往常不同的是，这次火山的爆发地点的地层中，贮存了许多甲烷。甲烷是一种比二氧化碳的温室效应强25倍的气体，它与同样来源于火山喷发的二氧化碳一起，让地球的气温开始飞快上升。 

地球的气温上升，带来了更加极端的降水和干旱气候，许多植物都枯死在滚滚热浪之中，整个食物链也随着植物的减少而趋于崩溃。

▲ 二叠纪时陆上的霸主丽齿兽和它们的主要捕食对象水龙兽，丽齿兽长有10厘米长的獠牙，是地球上第一种长犬齿的生物。图/Wikipedia 

地面上的灾难，同样传到了海中。当海水温度随气温上升时，海水的溶氧量开始下降，再加上陆地的土壤在失去了植被的保护后大量流入海中，海洋生命再一次经历了缺氧带来的窒息。 

在这次大灭绝事件中，有70%的陆生脊椎动物，以及高达96%的海中生物消失，我们所熟知的三叶虫，就灭绝于这段时期。这也是历史上唯一一次造成了昆虫大量灭绝的事件，共计有57%的科与83%的属从此消失。此次灭绝的规模是如此庞大，以至于人们为它起了一个别名：大死亡（The Great Dying）。

▲ 二叠纪-三叠纪大灭绝时，虽然三叶虫消失了，但是它的一种近亲——鲎幸存了下来，鲎诞生于泥盆纪，经历多多次大灭绝后直到今天依然存在，图中为海岸上的美国鲎。图/《生命的进化》 

但是，能够从大灭绝中苟活下来的个体，适应环境的能力都变得更强，比如原鄂，它后来演化出的古龙类，是现在鳄鱼、鸟类，以及古代鼎鼎大名的恐龙的祖先；还有一种叫三叉棕榈龙的不起眼的小型生物，最终演化成为了哺乳动物。

▲ 三叉棕榈龙，它还不是哺乳动物，而是爬虫类。图/Wikipedia

恐龙的称霸与逝去：三叠纪-侏罗纪和白垩纪-古近纪大灭绝

在生命的历史上，相似的剧本一再重演。约2亿年前，又一轮大规模的火山爆发（尚无定论），引发了三叠纪-侏罗纪大灭绝。

▲ 地质运动所引发的火山爆发，是生物大灭绝的主要原因之一，这也就是为什么黄石公园下的超级火山一直是地质学家研究的热点，图中为太空中拍摄到的地球上的火山喷发。图/NASA 

在这次灭绝事件中，约有23%的科与48%的属消失了，生物的数量减少了70-75%。在海洋中，有一种非常著名的生物叫做牙形石就灭绝于这个时代，它诞生于5亿多年前的寒武纪，期间几经沉浮，演化迅速，它们体型很小，化石容易留存，一直被作为地层划分标准化石。在陆地上，许多大型的动物因此消亡，它们为最早的恐龙——南十字龙留下了生态位的空白。

▲ 恐龙时代。图/《中国国家地理少儿百科：地球》 

三叠纪-侏罗纪大灭绝之后，恐龙称霸世界长达1.4亿年之久。但是，在6600万年前，有史以来最著名的一次大灭绝——白垩纪-古近纪灭绝事件发生了。 

大多数学者认为，这次灭绝事件是一颗陨石撞击地球的结果。铱在陨石中的含量比地壳高很多，而在白垩纪与古近纪的地层分界线上，铱元素的含量比其它地层都要高的多，这是陨石撞击说的重要证据。

▲ 地层中白垩纪与古近纪间的含铱层，所有的恐龙化石，都在这个地层的下方。图/Wikipedia 

据推测，这颗陨石的平均直径约有180千米，它撞击后形成的撞击坑，就在墨西哥犹加敦（尤卡坦）半岛的地底下。这次撞击将大量灰尘送入大气层，因无法得到足够的阳光，食物链再次“掉链子了”，庞大的恐龙家族也随之消亡。

▲ 陨石撞击地球的假想图，图中陨石的大小为艺术效果。图/Wikipedia 

这次灭绝之所以著名，不仅因为它是恐龙时代的结束，更因为它是哺乳动物时代的开始。据研究表明，在白垩纪末期，似乎没有完全的草食性或肉食性的哺乳动物，它们依托自己的杂食性优势，靠昆虫、蚯蚓、蜗牛等各种食物充饥，从而逃过一劫。 

是不是有一种枪打出头鸟的感觉？达尔文就曾说过：“能存活下来的并不是最强的物种，也不是最有智慧的，而是最能够适应变化的。”人类，会不会是下一场灭绝中的出头鸟呢？

新的大灭绝，正在发生么？

1998年，美国自然博物馆发起了一项名为“下一个千年的生物多样性 ”的全国性调查。 

此次调查得出了一个惊人的结果，那就是有7成的生物学家认为，我们正处在名为全新世大灭绝事件之中，而且这次大灭绝是地球45亿年历史中最快的一次。他们中的大多数人预测，在未来的三十年里，将有多达五分之一的现存物种永远消失。

▲ 热带雨林是物种多样性最为丰富的地方，图中为西双版纳的热带雨林。根据全球森林观察机构的报告，由于人类的砍伐及其它自然原因，2017年热带雨林的消失速度，相当于每分钟损失40个足球场的面积。图/视觉中国 

世界自然保护联盟红色名单里，收录了超过112400种物种，其中有超过30000种都在遭受灭绝的威胁。我们都清楚，在名单中的物种，仅仅是大自然全部物种中的一小部分。迄今为止，科学家们已经命名并且分类了130万个物种，每年还会有大约1.5万个新物种被发现。据最新的估计，全世界的物种，总计将超过870万个，这其中还不包含大部分的细菌。

▲ 世界自然保护联盟红色名单的界面，标题为有3万多个物种正在遭受灭绝威胁。图/IUCN

物种虽多，但它们中的许多甚至无法存活到我们发现的那一天。据一些科学家估计，在20世纪，已实际灭绝了近200万个物种，这其中大部分的灭绝发生在热带雨林中。 

与先前的灭绝不同，全新世大灭绝主要是人类活动的结果，而不是自然现象。科学家们总结出了灭绝背后的四大原因，它们依重要程度排序分别为栖息地的破坏和退化、对动植物物种的过度开发、将非本地物种引入生境、污染及全球气候变化。

▲ 长江支流五龙河被大量垃圾污染。每年，我们向长江中倾倒400亿吨污水，这几乎相当于黄河一年的净流量（580亿立方米）。图/图虫·创意

如果现在正处于惨烈的大灭绝之中，我们为何对此浑然不知呢？调查对这个问题同样给出了答案：即便在专业的理科老师中，也有超过半数的人并不认可全新世大灭绝，而且，大部分的理科老师甚至认为生物多样性丧失对人类的危害，严重程度差不多就等同于环境污染。 

有一种叫做胃育蛙的动物可以分泌抑制胃蛋白酶的分泌的物质，以保障卵在胃中孵化时不被消化，人类正准备借鉴这种方法来治疗胃溃疡。动物的绝技比比皆是，物种多样性的降低，将影响人类发现新药的潜力。

▲ 人类利用生物开发药物最成功的的案例还是青霉素，图中为1964年我国的一个无菌青霉素生产车间。图/Wikipedia

我们所熟知的袁隆平的超级稻，就是通过远缘的野生稻与栽培稻杂交培育出来的新品种。物种多样性的降低，将影响农业生产能力的提升，甚至有可能发生《星际穿越》中农作物因品种单一而得病团灭的灾难。

▲ 江南的水稻田。图/视觉中国 

热带雨林，是人类已知的最稳定的生态系统，这背后的原因，就是因为它拥有极高的生物多样性。物种多样性的降低，将导致自然对灾害的抵抗力和灾害后的恢复力的下降。 

湿地作为地球之肾，也是因为它包同时兼具丰富的陆生和水生动植物资源，拥有了其它任何单一生态系统都无法比拟的生物多样性资源。生物多样性的降低，将破坏自然自己的净化能力。

▲ 湖北神农架的大九湖湿地，这里有梅花鹿、云豹、林麝、白鹳等珍稀动物，以前的人们也依赖这里的水源，有娘娘坟、卸甲套等遗址。图/视觉中国 

除此之外，生物多样性的降低，还会引发更频繁的自然灾害，比如天敌的死亡会导致虫害的爆发。生物多样性的降低，甚至还会影响到传染病的流行，据研究，自然界中多样的生物可以有效降低宿主的密度，反之则可能会引发疫情的爆发。 

美国生物学家，社会生物学的主要开创者爱德华·威尔逊曾经这样谈及蚂蚁：“我们需要它们才能生存，但它们根本不需要我们。”事实上，不仅仅是蚂蚁，自然界中不计其数的昆虫、细菌、真菌、植物、浮游生物及其他生物都是如此。然而，这个事实，却被大多数人所忽略。

▲ 在地球上，人类到底应该扮演什么角色？图/NASA 

保护自然，真的不是出于爱心，而仅仅是因为我们要保护自己的私心。或许人类在面对超级火山爆发、小行星撞击等灾难时暂时还无能为力，但我们的文明至少不应该毁在自己手里。

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