购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

第一章
开端:孕育人类的地球

137亿年前,宇宙大爆炸产生了足够的物质而非反物质,创造了我们今天看到的宇宙。

宇宙大爆炸的奇点曾像量子点一样稳定。宇宙大爆炸后,它的产物以无序状态不断膨胀。在地球上,宇宙中唯一已知的生命体同熵进行斗争,试图在无序中创造有序,利用粒子能量形成复杂的物质结构。

物质的产生需要能量。物质由原子构成,而原子是构成铁块、大象的耳朵还是热带雨林的气味,取决于质子数的不同。1个氢原子只有1个核内质子,而1个铅原子则有82个核内质子。氢和铅的不同及对我们的用处主要由原子之间的能量转移方式决定。原子的能量转移方式又受到核外电子的影响。这些电子绕原子核运动,遵循量子力学的玄妙法则。

原子间的电子运动伴随着能量的交换,这是地球上每一个化学反应的基础。这些反应可以是DNA(脱氧核糖核酸)的复制,也可以是婴儿的咯咯笑声。我们早餐喝的粥中也含有电子,正是电子运动转换的生物能,才让我们中午有力气吃三明治。电子运动帮助原子形成化学键,构成分子。分子是所有活细胞的基本构成物质,也是构成人类的基础。

宇宙中大约90%的物质是氢,5%是氦(2个质子组成的惰性元素)。氢和氦都是在宇宙大爆炸的瞬间产生的元素。恒星发光时,氢原子融合,产生人类世界中质量更大的元素,包括氧、碳和氮。这些元素在宇宙中十分罕见,却是构成人类身体的主要元素。剧烈的宇宙大爆炸带来了人类,也带来了我们珍视的元素。人们佩戴的黄金首饰,很可能是某次足以让整个宇宙随之震颤的恒星碰撞后的残骸。

引力将星际间由氢、氦和宇宙尘构成的云(即星云)汇聚在一起,使这些物质的原子融合,释放出巨大的能量,创造出新一代恒星。太阳是人类创世故事中最重要的恒星。诞生于46亿年前的太阳是一个核反应堆,它在宇宙尘埃云中不断燃烧氢气。日冕层之外,大量矿物质碰撞融合,形成了不同的星球。其中,地球是太阳系由内到外的第三颗行星。地球形成之后,受到一颗巨大的小行星的撞击下,被削去很大一部分,削去的部分形成月球。受月球的影响,地球上出现潮汐变化。此外,撞击使地球的地轴倾斜,形成了四季和洋流。地球的位置、木星的引力 [1] 和地球与太阳的相对位置为宇宙间最伟大的实验创造了一个坩埚。

水分子仅占地球分子的三百万分之一,但有一点很关键,它们都集中在地表上。40亿年前,彗星撞击地球,它带来的数种氨基酸是DNA的重要组成成分。它们与地球上的元素结合,促使海洋中孕育出生命,拉开了创世故事的序幕。因为纳米级别的原子质量过小,所受万有引力可忽略不计,所以占主导地位的是分子间作用力,比如静电荷的吸引与排斥。人们吃惊地发现,某些化学过程可以自我复制。单一的DNA分子可以进行自我复制,创造出新生命。这种奇迹是发生了一次还是多次?确切答案我们无从知晓,但可以确定的是,一个可以自我复制的细胞奇迹般地进化出了令人难以置信的多样性生命,这其中包括人类。而人类品尝了智慧果,现在能够创造自然了。

生物的进化没有目的,也没有方向。视、走、飞的能力可能会出现在不同的生物上,也可能会消失。但复杂的生物进化需要时间。在与人类相似的生物产生之前,其他生物和环境的进化已经持续了几十亿年。最初,地球上的大气不能供生命呼吸,因为原始大气由氢气和水蒸气组成,不含氧气。20亿年后,大气中才含有“生命之气”——氧气。这种改变要归功于蓝绿藻。它们吸收光能,进行二氧化碳同化,制造糖类有机物。在制糖的过程中,氧气作为副产物被释放到大气中。

光合作用、呼吸作用、火山爆发、地质运动以及地球公转过程中与太阳距离的远近都会不断影响大气中的温室气体二氧化碳和“生命之气”氧气的平衡,改变地球气候,改变海洋的化学和生物结构。在地球形成伊始的35亿年间,地球经历了一次又一次强烈的冰川作用。最后一次冰川作用结束后,结构复杂的多细胞生命形式在地球上激增。

生命的出现彻底改变了地球,将地球变成了一个能呼吸的、极具生命力的系统。植物进化时,其根茎加速了岩石的分解,侵蚀河道,拓宽河流。植物的光合作用产生化学能,为整个地球提供能量。动物吃掉植物,吸收化学能,释放二氧化碳。动物死后,它们的尸体形成原始岩石的沉积层。

反过来,地球也制约着生物的繁衍,因为生物的进化受到地球地质条件、物理因素和化学因素的多重影响。在过去5亿年间,地球上有5次物种大灭绝,主要原因是火山喷发、地壳活动、行星撞击和重大气候变化事件。每一次大灭绝后的幸存者都会重整旗鼓、不断繁殖。繁殖过程中会产生基因随机突变,这些突变后的基因会传递给下一代,就像中国耳语游戏 。环境迫使生物进化,生物也会选择性地适应环境带来的进化压力,这是一个双向的过程。以植物为例,随着基因的改变,植物逐渐适应了沙漠环境,又反过来把沙漠变成相对湿润的灌木丛林或旱地森林。而这种改变又会影响其他基因和物种在这里生存的可能。

回顾历史,我们发现人类的进化似乎是必然的。但并非如此,我们人类的产生没有必然性,其他任何智慧生命的产生亦是如此。不过就是大量的大大小小的偶然事件累积在一起,经过漫长的岁月,这些偶然汇聚成了涓涓细流,带来了不可预料的结果。这也就可以解释为什么章鱼和人类这两个完全不同的物种可以共享时空。

我们要感谢上天赐予我们最大的进化突破。6 600万年前,6月下旬的某天 [2] ,一颗令珠穆朗玛峰都相形见绌的巨大陨石以每秒14千米的速度(子弹速度的20倍)坠落在现在的墨西哥尤卡坦半岛。 [3] 它来势汹汹、速度极快,落到地球表面时完好无损。这颗陨石对地球大气层造成了巨大压力,在它坠落到地表之前就已经压迫地面形成了巨坑。坑有约32千米深,直穿地幔。这次撞击形成的冲击波波及整个地球,引发了火山喷发、地震、滑坡和火灾。灾难后,即便有幸存下来的生命,它们大多也被随后天谴般的全球气候变化毁灭了。统治地球数百万年的恐龙消失了,随之产生的生物空缺由哺乳类动物的祖先填补。

约1 000万年后,迅速的气候变化使世界变得湿润。热带雨林、棕榈树和红树林向北蔓延至英格兰和加拿大,向南至新西兰。当时的北冰洋水面平静、水流平缓,水温达到20多摄氏度。全球海平面上升,动植物大规模迁徙或灭绝。哺乳类动物逐渐多样,出现了许多今天常见物种的祖先,包括第一批真正的灵长类动物。约2 000万年前,印度洋板块和亚欧板块相互碰撞,板块交界处高高隆起,形成了雄伟的喜马拉雅山脉,青藏高原开始上升,这种上升态势一直持续到今天。板块碰撞形成的新地理情况让该处的生物和气候都发生了巨大变化。比如猿猴分化出新大陆猴和旧大陆猴,包括东南亚季风气候在内的多种新气候类型形成。同时,非洲之角下方的火山活动在非洲大陆东部撕开了一个南北大裂谷,裂谷两侧隆起高山,其间有一个海拔不断升高的山谷。这一过程破坏了地貌,改变了气候,孕育出大量进化的机会。

人类突出的色觉或许可以追溯到这个时期,此时,已经学会觅食的人类祖先发生了基因突变,进化出额外的(第三种)视锥细胞,使它们可以分辨红色,而大多数猴子只能看见蓝色和绿色。依靠辨色能力,它们可以识别有毒植物和成熟果实。成熟果实含有更多的能量,而且消耗较少的能量便可将其消化吸收。良好的营养促进了大脑发育。有数据表明,吃果实的灵长类动物比吃植物的同类多25%的大脑组织。 [4]

人类进化过程中,另一个关键转折点是我们祖先的栖息地从森林转移到草原,其根源可追溯到300万年前的一次地质活动。当时,漂浮的南美大陆与北美大陆在今天的巴拿马附近冲撞在一起,这改变了洋流路线,分割了太平洋,形成了如今的大西洋和加勒比海。热带的温暖海水向北冰洋流动,到了那里水温下降,海水下沉,并向南回流,形成大洋传输带,主导了全球大部分地区的气候。这个环流形成了墨西哥湾暖流,为冰封的北极提供水分,多次带来全球冰期,甚至重置了全球降水分布。这使东非气候变得干旱,并在那里产生了全新的热带草原。

在人类祖先逐步适应草原环境的几十万年中,气候变化也使以前的森林栖息地面积逐渐缩小。大多数时间里草原上没有果实,所以我们的祖先不得不花费大量精力咀嚼植物的根和鳞茎来获取蛋白质,而且越来越依赖群体的帮助。人类这种由可自我复制的细胞编排而成的物种,已准备好开始自我驯化。

[1] (木星的引力)会改变地球405 000年的轨道周期,从而影响地球上的气候。Kent, D., et al. Empirical evidence for stability of the 405-kiloyear Jupiter Venus eccentricity cycle over hundreds of millions of years. Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 6153–6158 (2018).

[2] Wolfe, J. Palaeobotanical evidence for a June "impact winter" at the Cretaceous/Tertiary boundary. Nature 352, 420–423 (1991).

[3] 关于这一事件的精彩描述,参阅Brannen.P The ends of the world (Harper Collins, 2017)。

[4] DeCasien, A., Williams, S., and Higham, J. Primate brain size is predicted by diet but not sociality. Nature Ecology & Evolution 1 (2017). bEA8uzZjqOFYErYnvZj6YriQluQlL+Is/tEb+cu6jYN+8xWORutJMaLU/U8lBHgU

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×