生命的诞生与繁殖

约40亿年前的地球历史被划分为“冥古宙”。那时的地球酷热难耐，不断遭受小行星的轮番撞击，大气层中也没有游离氧。此时还没有生物能够在地球生存。随后地球开始慢慢冷却，最终，水汽组成巨大的云团在地球上空循环，逐渐形成降雨，造就了早期的海洋。

我们几乎可以确认，正是在这些早期海洋中，一种新的复合体开始出现——生命。

液态水为化学反应提供了适宜的环境：在空气中，原子运动太快，无法配对；而在固体中，原子又几乎一动不动；水是最适宜的，化合物运动不快不慢，所以一旦它们相遇，便可配对形成更加复杂的化合物。

在当时地球的某一个地方（很可能就是在早期海洋的深处），由于那里既有来自深海火山活动的能量，又有充足的化学物质，越来越多更加复杂的化合物开始形成。距今大约35亿年前，也就是地球诞生后的10亿年内，这些化合物中的一部分形成了地球上第一批生物。生物学家把这些微小、简单、单细胞的生物命名为“原核生物”。直至今天，原核生物仍是地球上最普遍的生物。

像所有的原核生物一样，最早的这批生物太小，肉眼无法看见。但它们的一举一动都足以证明，它们是有生命的，全然不同于没有生命的物质。它们能通过生物学家称之为“新陈代谢”的化学反应，从周围的环境中汲取能量。它们还可以利用令人惊叹的庞大而复杂的分子（我们称之为“DNA”，即脱氧核糖核酸）的特性进行自我复制。原核生物通过分裂成两个几乎一模一样的个体，或者“克隆”，进行自我繁殖。尽管如此，由于在生殖过程中总是会有微小差异，所以个体之间总是会出现细微的差别。由于存在这些差别，一些个体在获取能量方面会优于其他个体，而且这些个体更容易存活，并能更有效地进行繁殖，将这些优点和特性遗传给自己的后代。通过这种方式，生物开始逐步改变、进化，顺应各种各样的环境，演化出千百万个不同的物种。

这个过程，查尔斯·达尔文称之为“自然选择”。正是这种机制造就了今天我们看到的姹紫嫣红、万物生长的大千世界。随着越来越多的物种出现，地球表面被一层薄薄的生命体覆盖，我们称之为“生物圈”。

迄今为止，地球是宇宙中已知唯一存在生命的行星。当然，将来我们也可能在宇宙的其他地方发现某种形式的生命存在，而且从理论的角度来说，这种可能性非常大。

从化石遗迹来看，第一批原核生物出现在距今35亿年前。通过自然选择，它们中间的一部分已经学会进行光合作用。这是一种直接从阳光中汲取能量，并将其储存在体内的能力，今天所有的植物仍在使用这种方法。

我们知道光合作用出现的时间很早，因为科学家发现了一种名为“叠层石”的古老化石，这是一种巨大的、类似珊瑚的物体，它们是由大量类似藻类的微生物遗骸组成的，这些生物能够进行光合作用。光合作用有一个明显的附加作用：这种化合反应需要从阳光中汲取能量，并且产生氧气这个附加产品。因此，随着进行光合作用的生物呈几何级数增长，越来越多的氧气被释放到大气层中。对某些生物来说，这完全就是灾难，因为氧气极其活跃，可能变得极具破坏性。

如果你怀疑这种说法，可以想想火——火就是氧气和其他元素发生的剧烈反应。事实上，地质学家能够追踪游离氧在地球上的逐渐积累，因为他们发现了赤铁带：赤铁就是铁与游离氧结合的产物，这是一种缓慢的燃烧，我们通常称之为“生锈”。

尽管如此，仍有一些物种成功地适应了含氧量日趋丰富的大气层。其中一些还开始利用氧原子的高能量驱动自身的新陈代谢。于是通过这种方式，在距今约20亿年前，真核生物出现了，它的出现标志着生物复杂性迈上了一个新台阶。

这些早期真核生物与原核生物一样，是单细胞生物。真核生物大多比原核生物体积大，它们通常将DNA（遗传信息载体）保护在一个细胞核中，这确保它们能够更加精准地繁殖。其中一些物种还可以在繁殖前替换部分遗传信息片段，这意味着它们的后代具有父本、母本的双重特点。这是一种新型繁殖方式的开始，我们称之为“有性繁殖”。有性繁殖可以产生更多样的结果，因为后代和亲本不可能完全相同，这样，自然选择的节奏就大大加快了。这就是为什么在地球历史最近的10亿年中，生物物种的多样性比以前提高得更快。

距今约6亿年前，第一批多细胞生物出现，这是生物圈历史上具有重大意义的变革之一（此外，还有“人类世”带来的变革，这将在最后一章讨论）。在震旦纪及随后的寒武纪的岩层中，突然出现已经可以用肉眼直接看到的大体积化石。从那时起，尽管大多数生物仍属于单细胞的原核生物或真核生物，但是古生物学家已经追踪到多细胞生物日趋丰富的多样性。每一种这样的生物都含有数十亿的真核细胞，它们密切配合，共同构成一个生命个体。多细胞生物的出现，标志着生物复杂性的进一步提高。

最初，所有多细胞生物都生活在海洋。但从距今约5亿年前开始，部分生物（极有可能是早期形态的植物或昆虫）开始探索陆地。这绝非易事，因为它们是在水中进化的，需要水维持其新陈代谢并进行繁殖。因此，像今天所有的陆地生物一样，它们必须进化出特殊的皮肤，以保护身体内部进行的各种化学反应，它们甚至为自己的后代进化出了精密复杂的保护机制，如蛋壳。

从那时起，千百万种大型生物先后在地球上出现，它们繁荣兴旺，随后又消亡灭绝，包括最早的两栖类动物、爬行动物（如恐龙）和第一批哺乳动物。我们还知道，地球历史上还多次出现剧变时期，在此期间，数以百万计的生物在短时间内消失殆尽。有时，这些“灭绝事件”是由于地球和某些小行星碰撞引起的，而这些小行星直至今天仍环绕着太阳运行。

这些碰撞掀起的尘烟犹如巨大的帷幕，遮天蔽日长达数月甚至数年，就像核战争一样。此外，它们还可以引发破坏力巨大的海啸。距今约6 500万年前，很可能就是由于一颗小行星撞击地球，导致绝大部分种类的恐龙灭绝殆尽。最早的哺乳动物极有可能是体型较小的穴居动物，类似于今天的鼩鼱。它们的袖珍体型和昼伏夜出的生活习性，使其比体型巨大的恐龙更有优势，于是在小行星撞地球的灾难中逃过一劫。