第1章
有氧星球：“大氧化事件”与生命大爆发

人类需要呼吸的历史可以追溯到数百万年前。每个人的生命都会经历受孕、孕育、少年、中年和老年阶段，地球本身亦是如此。就像刚出生的婴儿必须学会呼吸才能茁壮成长一样，只有呼吸和对氧气的使用出现时，地球上的生物才步入从孕育到繁盛的进程。

地球的大气并非从一开始就是含氧的。对现在的大多数物种来说，地球早期的大气是有毒的。但氧气的出现从根本上改变了世界。值得注意的是，直到20世纪70年代，我们才知道了氧气是如何充满大气层的。

我们现在认为宇宙，或者说一切物质，都是在大约140亿年前诞生的。这其中既包括可见的恒星、行星，也包括星际空间中所有以其他形式存在的物质。几乎可以肯定的是，就在大爆炸发生的那一瞬间，宇宙中过去和现在存在过的一切物质，都突然出现在空间中，并扩散到宇宙各处。随着时间的推移，宇宙中的各个区域膨胀、冷却，各种恒星系统纷纷涌现，接下来，恒星剧烈爆发成超新星并形成星际气体云，这些气体云凝结生成了固体物质。 ¹

太阳系形成于大约45亿年前。地球相邻的基本都是岩质星球，而地球明显与众不同。从外太空拍摄的照片上看，地球不愧其“蓝色星球”的称谓，闪耀而宁静，海洋的蔚蓝色点缀着大气涡旋的白色，与邻近的星球形成了鲜明对比：红色的火星色彩单调，环境严酷；苍白的月球则一片荒凉，毫无生气。

但形成之初，地球上并不存在美丽的海洋和郁郁葱葱的绿色植被，也不存在进化、生命和死亡之间的协调互济。在诞生后的40亿年里，地球的大气只是氮气和二氧化碳的有毒混合物，气温则在极冷和极热间波动。特别是在前20亿年里，大气中完全不存在氧气。

氧气之所以重要，是因为它能有效地产生能量。生物体从三磷酸腺苷 分子中提取能量，而三磷酸腺苷则是细胞通过呼吸氧气合成的。在没有氧气的情况下，虽然细胞通过厌氧发酵也能产生三磷酸腺苷，但每个（葡萄）糖分子只能产生少得可怜的2个三磷酸腺苷。

与有氧代谢相比，这种代谢的效率非常低。通过有氧代谢，细胞可以用1个糖分子制造出36个三磷酸腺苷。有了这些额外的能量，生物体才能长得更大、跑得更快、跳得更高。如果没有氧气，地球上唯一可以移动的生物恐怕就只能是厌氧菌了，这种渺小的生物根本无法与如今世界上驾驭氧气的生物相提并论。

在地球诞生之后的最初几十亿年里，由于没有氧气，地球上既没有植物，也没有动物。其实海洋在地球形成之后不久就出现了——随着早期地球的逐渐冷却，大气中的水蒸气逐步凝结并落下，从而形成了海洋。但那时的海洋仅能维持小型的单细胞厌氧微生物的生存。在大约25亿年前，氧气开始慢慢被释放到大气中。但大气中氧含量的明显增加却历经了极其漫长的时间，这主要是因为新生的氧气被大量消耗掉了，最主要的耗氧物质就是氧化后沉积在岩石中的铁。

最终大约10亿年前，地球的氧汇变得饱和。而后氧气开始在大气和海洋中逐渐积累。这一分水岭被称为“大氧化事件”（Great Oxygenation Event，GOE，如图1—1所示），自此开始了生命的大爆发。大约6亿年前，海洋植物出现了，随后是海绵动物、软体动物和鱼类，最后是陆生植物和高等生命。 ²

然而，有一个长期存在的问题：这些氧气到底是从哪里来的？一种全新的气体以如此独特的方式改变地球，其间必定有重大的事件发生。我们如何开始理解氧气从哪里来，以及氧气如何改变世界的故事，是一个关于勤奋工作、敏锐观察外加运气的精彩故事（这一组合可以描述许多科学发现）。这也是一个本应广为人晓却鲜为人知的故事。

蓝藻的“供氧”，促成了高等生物的繁盛

约翰·沃特伯里（John Waterbury）从小居住在纽约州的哈得孙河边，但每年夏天他都会在马萨诸塞州韦尔弗利（Wellfleet，Massachusetts）沿海的小镇科德角半岛（Cape Cod）度过。

20世纪60年代初，沃特伯里经常在绵延至海滩的沙丘上漫步，眺望大西洋蓝绿色的海水。沃特伯里在岸上待久了，就会开着那艘被他叫作“闪电”的赛艇到海上兜风。当赛艇驶离科德角、在海面上劈波斩浪时，置身于海水和波涛之中的他，心中总是充满了一种奇妙的感觉。 ³

沃特伯里在佛蒙特大学（University of Vermont）读本科，于1965年获得了动物学学士学位。毕业时，他可以选择的出路只有两条：一条是在马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）担任研究职位；至于另一条，如果放弃研究工作，就会被征召入伍，可能还会去越南服兵役。毫无悬念，沃特伯里选择了伍兹霍尔。

研究所距他在韦尔弗利特的避暑别墅仅40英里 。他在伍兹霍尔待了4年，研究硝化细菌——一种能消化含氮物质的微生物。后来，沃特伯里在加州大学伯克利分校（University of California,Berkeley）攻读博士学位，还在巴黎待了几年。1975年，沃特伯里回到了伍兹霍尔海洋研究所，这次他留了下来。

在伍兹霍尔，沃特伯里发现了地球是如何从一个只有微生物居住的无氧星球，演变成一个充满丰富多彩生命体的有氧星球的。 ⁴

在伯克利分校读博士时，沃特伯里就对蓝细菌（俗称蓝绿藻或蓝藻）产生了兴趣。当时人们认为这种微生物仅生活在淡水中。比起细菌，这种细菌更像植物，因为这些不同寻常的微生物具有进行光合作用的能力，它能将二氧化碳和水转化为氧气和碳水化合物。但在20世纪70年代，大多数人认为可供蓝藻栖息的淡水区域范围较狭小，因此它们在地球的氧气生产过程中发挥的作用很有限。而且关于蓝藻的讨论当时也只是局限在一个小学术圈之内，还没有进入主流的海洋学教科书中。

完成博士学业后，沃特伯里在海洋研究所安顿下来，以科学家的身份开始了研究工作。当时该领域的一项主要任务就是研究海洋中的那些未知的细菌。实地考察是进行此项研究的常规工作。

1977年8月，沃特伯里乘坐“亚特兰蒂斯2号”考察船（Atlantis II）前往阿拉伯海。这片位于印度和沙特阿拉伯之间的海洋以富含无机营养物质和丰富的海洋生物而闻名。沃特伯里团队的任务是使用一种新设备——落射荧光显微镜（Epifluorescence Microscopy），分析来自海洋的样本，他们的目的是用这项新技术获取这片海洋中已知细菌分布的有代表性的数据。

落射荧光显微镜的基本原理很简单。将由特定DNA片段构成的标签添加到海水样本中，这种标签就会附着在细菌DNA的对应部分上，就像拼图拼装在一起。在显微镜的蓝光下，这些附着在细菌上的标签会发出绿色荧光。如果海水样本中没有匹配的细菌存在，标签就不会被激活，显微镜的视场就会保持空白。

在将DNA标签添加到阿拉伯海的水样中之前，沃特伯里做了一件事：建立严格的对比实验，以确保实验结果的有效性。这是所有学生在科学课上都学过的步骤，每个层次的科学实验都必须强制遵守，从中学教室到获诺贝尔奖得主的实验室都一样。

科学家们知道，对比实验是所有发现的支柱。一个人要是想声称自己发现了不正常的东西，首先要能够展示并证明他认为正常的东西。所以，在加入DNA标签之前，沃特伯里用那台崭新的落射荧光显微镜，分析了来自阿拉伯海的未加DNA标签的水样，这样就有了可供比较的基准。

沃特伯里本以为在阿拉伯海的水样中不会看到什么异常，但情况恰好相反，看到眼前的景象时，他惊呆了。当落射荧光显微镜的蓝光穿过海水时，反射回目镜的是一道明亮的橙色荧光。由于之前就对蓝藻有过研究，沃特伯里确认橙色荧光正是藻红素的天然荧光。

藻红素是一种参与光合作用的色素，与叶绿素协同作用，驱动着至关重要的从二氧化碳到氧气和碳（水化合物）的反应，从而使这个星球上生命的存在成为可能。在这之前，海水中存在蓝藻这件事从未见诸报道，所以，这是一个里程碑式的新发现。

在阿拉伯海里发现蓝藻只不过是个开始，为了能够深入研究咸水蓝藻，沃特伯里意识到必须在实验室里培养这种细菌。为此他尝试了好几个月，每次都用新的培养基和不同的营养物诱使蓝藻复制。但每次的结果都一样，蓝藻细胞在24小时内全部死亡。要想在咸水蓝藻研究方面取得进展，培养这些细菌是必须的。为了取得成功，沃特伯里不得不把目光投向基本的环境生物学。

海洋生物和淡水生物的习性完全不同。从人类的角度来看，海洋中环境恶劣、危机四伏；相比之下，淡水水体似乎平静祥和，没有鲨鱼、刺魟和致命的水母。所以人们通常认为海洋生物应该更坚韧、适应性更强。但从细菌的角度来看，情况正好相反。

淡水细菌和海洋细菌所处的环境截然不同。内陆淡水水域中温度变化很大，营养物质和矿物质的含量也起伏不定。在淡水环境中，夏季和冬季的生物生活条件差异也很大，因此季节不同，水域中生活的物种往往也会不同。

相比之下，海洋中的环境异常稳定，温度变化比内陆水域要小得多，营养物质的微环境也稳定得多。在淡水环境中茁壮成长的细菌被海洋学家称为“富养生物”。这种生物能够适应丰富的营养物质和大幅度变化的温度。而咸水细菌，即“贫养生物”，只需要较低水平的基本营养。因此，与我们的直觉相反，咸水细菌比它们的淡水表亲更敏感、更脆弱。

经过令人烦恼的一年，沃特伯里逐渐明白了这一点。他先是非常仔细地擦洗了所有培养瓶和试管，确保没有残留微量的钙或其他物质，然后他又调整了培养液，以便精确地复现在海水中测量到的毫微量级的营养物质含量。让沃特伯里感到非常高兴的是，历经一年细致的工作，来自海洋的蓝藻终于首次在自然栖息地以外的地方生长。这标志着聚球藻（Synechococcus）属物种正式被发现了。

接下来的问题是，地球上到底有多少这类生物，它们都栖息在哪里？沃特伯里在伍兹霍尔一个木制码头的尽头采集了几罐海水。除了有点浑浊，这些海水看不出有什么特别的地方。当他在落射荧光显微镜下观察这些海水时，发现里面竟然充满了蓝藻。

在接下来的10年里，对蓝藻的研究突飞猛进。研究者们在地球上的几乎每一片海洋都发现了数百种不同的蓝藻。我们现在知道，蓝藻广泛分布在5摄氏度以上的水体中。数量通常非常庞大，以至于沃特伯里把它们称为“那些小动物”。

蓝藻能通过光合作用产生氧气。凭借其庞大的数量和多样化的栖息地，蓝藻如今被公认为大气层的主要供氧生物。光合作用是植物、藻类和蓝藻吸收阳光并将其转化为能量的过程。能够捕获阳光的主要分子是叶绿素，叶绿素利用光子的能量驱动二氧化碳和水进行反应，生成葡萄糖和氧气。光合作用也会释放出能量，帮助蓝藻将大气中的二氧化碳转化为可食用的碳水化合物。这些碳水化合物先是被较低等的生物吃掉，随后被传递至食物链的上层。

这一过程使得蓝藻成为地球上大量食物的生产者。蓝藻也是地球上石油、天然气和煤炭的主要来源，它们都来自在海底积累了数百万年的沉积物质（死亡的蓝藻）。事实上，作为一个群体，蓝藻是地球上最庞大的物种，也是最重要的生命体之一。

人们倾向于把光合作用和植物联系起来，但几乎可以肯定的是，最早进行光合作用的正是蓝藻。有人认为，数百万年前蓝藻的祖先融入更大的细胞并与之共生，这被称为内共生过程。这些蓝藻在细胞内部进化成为含叶绿素的叶绿体，使那些更大的细胞获得了进行光合作用的能力。这些含有叶绿体的细胞最终结合在一起，形成了现代植物和藻类的祖先。

蓝藻以及植物的光合作用能力超凡脱俗。到目前为止，人类尽管穷尽了所有技术手段，依然无法实现人工光合作用。人类很早就找到了燃烧碳的方法，但仍然无法通过二氧化碳和光来合成碳水化合物。如果人工光合作用能够实现，它将是解决能源问题的一把金钥匙。除此之外，因为人工光合作用能够从大气中提取二氧化碳，它也将顺便解决全球变暖的问题。

回顾过去，发生在大约在5亿年前的寒武纪生命大爆发，意义何等重大！我们现在知道，那正是由蓝藻产生的氧气引起大气中氧气含量上升促成的。 ⁵ 如果没有这些微小的生物，高等动物就不会存在，大多数植物也不会存在。

因为肺进化成了利用氧气有效驱动代谢反应的器官，所以我们都是有氧生物。如果说肺是人体中最重要的器官，那么氧气就是大气中最重要的气体。厌氧菌的确存在，但它们的发展受到了低效能源生产方式的制约。

有了氧气，生命的存在才有了多种可能。地球上的几乎每一种生物都依赖于某种氧气汲取方法，而约翰·沃特伯里和其他研究海洋细菌的科学家揭示了所有这些生命从何而来。

为什么鱼能进化成地球上最大的生物种群？

与最初的40亿年相比，由于大气中开始存在氧气，此后5亿年里地球的面貌发生了翻天覆地的变化。前一个阶段是缺乏生命的时期，后一个阶段则是生命繁盛的纪元。氧气和生命同时出现，这绝非偶然。氧气是生命的力量，是生命无限可能的源泉。

随着蓝藻制造的氧气量逐渐增加，植物在这一时期登上了生命的舞台，一些植物种类首先出现在海洋里。随后，这些植物势不可当地选择向陆地进发，尽管那时焦橙色的陆地上除了岩石什么都没有。起初是浅层苔藓依附在岩石上生长，然后慢慢地，更高等的植物开始崭露头角。后来树木出现了，进一步提高了大气中氧气的含量。

在充满氧气的海洋中，动物的生命形式变得越来越复杂。随着更多的植物生产出更多的氧气，蠕虫、软体类的蛤和水母接连出现。这些生命体利用原始的鳃或通过简单的扩散（Diffusion）过程，从海洋中汲取氧气。

在历经了数千万年的演化之后，动物最终踏上了已经被植物覆盖的土地，昆虫、蜘蛛和蠕虫是利用这片绿色土地的先锋。但如果没有某种汲取氧气的能力，这些动物不可能迈出这惊人的一步。

蠕虫没有独立的呼吸系统。它们从周围潮湿的土壤中获取氧气，让氧气通过皮肤溶解到血液中。擦干蠕虫体表的水，就会令其窒息而死。蜘蛛和昆虫都有呼吸系统，但那仅仅是一根穿过体内的长长的管道，氧气通过这条管道扩散到周围的组织。

这些物种既没有能提高氧气利用率的肌肉系统，也没有办法在需要的时候大幅增加氧气的供应量。由于缺乏效率，这些物种的原始系统受到限制，其进一步进化也受到了限制，因为没有肺，它们的身体和大脑都无法变得更大。

当蠕虫和蜘蛛小心翼翼地从海洋中爬上陆地时，海洋生命正在以比陆地生命快得多的速度进化着。海洋生物都在长得更大、发育出更复杂的器官，进化成了拥有内骨骼和皮肤的脊椎动物。就像鱼那样，这些脊椎动物拥有了大脑、肝脏、心脏和消化道等我们熟悉的器官，并开始在许多不同的水生态环境中繁衍，从高山溪流、从大河到深不可测的海沟，无处不在。距今4.2亿年到3.59亿年的泥盆纪（The Devonian Period）被称为“鱼类的时代”，因为这一时期鱼类物种的数量和栖息地的数量都在激增。 ⁶

鱼类之所以变得多样化，可能是因为它们发展出了一种通过高效的循环系统利用氧气的能力。这个系统的很大一部分是鳃，大多数鱼类的身体两侧都有能让水流通的鳃裂。当水流入时，鱼鳃内丰富的毛细血管可以从水中提取氧气。在这个气体交换系统（与人类的类似）中，鱼的毛细血管也会排出二氧化碳。大多数鱼鳃的周围都有肌肉，当能量需求增加时，通过这些肌肉带动鳃盖翕动可以增加进入鳃部的水流和氧气。这是个典型的氧气利用系统，也解释了为什么鱼能进化成地球上最大的生物种群。

鱼类只有进化出能从大气中汲取氧气的器官——肺之后，才有可能登上陆地。尽管历时数千万年，肺的出现仍绝对可以被称为奇迹。肺之所以让人着迷，是因为我们可以把肺的出现看作人类诞生的前提，它标志着从那一刻起，我们所熟悉的生命已经触手可及了。正是这个器官的诞生将我们定义为陆地生物。

鱼进化出肺的过程，据信是从海陆交汇的滩涂上开始的。能够长时间远离水域，在适应性方面具有明显优势，因为陆地上充满了植物形态的食物。

鱼的肺最初如何发育，一直是人们争论不休的问题。有一件事如今看来很明确，但不是很直观，那就是鱼的肺并不是由鳃进化而来的。有趣的是，一些鱼的鳃已经进化成一部分肺，最著名的是胡子鲶（Walking Catfish）。这种鱼原产于亚洲，现在已经遍布佛罗里达。胡子鲶进化出了一块很小的气体交换区，但只有当鳃关闭后，这块区域才会打开。

然而，肺有可能始于食道的膨出。这是因为鱼是直接吞咽空气，然后通过简单的渗透作用将氧气扩散到循环系统中的。有些鱼保留了早期的膨出，这个充满了空气的器官被称为鱼鳔。现代鱼类将鱼鳔作为调节浮力的器官，但是一些早期鱼类的鳔发展成了肺。

要想在陆地上繁衍生息，鱼身体的另一个重要转变是发育出腿，以便最大限度地提高在陆地上的机动能力。有四个附肢的生物被称为四足动物，这个生物类别现在由所有的哺乳动物、爬行动物、鸟类（有翅膀）和两栖动物组成。最有可能的情况是，在大约4亿年前的泥盆纪时期，第一种四足动物从海洋来到陆地，同时进化出了肺和腿。

那个时期的化石清楚地显示了一些鱼类试图上岸的迹象。这些早期开拓者的鳍上有更明显的骨骼结构和肺开始形成的迹象。腔棘鱼就是这样一种鱼类，人们一度认为这种鱼早在数百万年前就已经灭绝。然而，1938年一个阳光明媚的日子，这个看法被偶然改变了。当时，一位年轻的南非女子在一艘渔船上发现了一些不寻常的东西，由此留下了一个关于鱼的奇特故事，并引起了国际轰动。

玛乔丽·考特尼—拉蒂默（Marjorie Courtenay-Latimer）是南非东伦敦博物馆的馆员。该博物馆位于南非东海岸的开普敦（Cape Town）和德班（Durban）之间。作为工作的一部分，玛乔丽会接到一些渔民的电话，因为他们从当地的水域捕到了之前没见过的鱼。

1938年12月22日，亨德里克·古森（Hendrick Goosen）船长的电话改变了玛乔丽的生活，他当时正在印度洋的查鲁纳（Chalumna）河口捕鱼。玛乔丽赶过去想看看有没有什么特别的标本。她注意到甲板上一堆鲜亮的鳐鱼和鲨鱼下面露出了一只蓝色的鳍。把其他鱼挪开后，她看到的是一条很奇特的鱼。她后来写道：“这是我见过的最特别的鱼，五英尺 长，淡蓝紫色（青色），身上有随部位不同而渐变的银色斑块。这条鱼全身覆盖着坚硬的鳞片，有4个鳍呈肢状，还有一条奇怪的小尾巴。” ⁷

玛乔丽以前从未见过这种鱼，她通过电报给詹姆斯·史密斯（James Smith）博士发去了粗略的图样。詹姆斯·史密斯博士是当地的一位化学教授，以业余鱼类学家的身份而闻名。史密斯博士立即意识到这一发现的重要性，并回复说：“最重要的是要保存好这条鱼的骨骼和鳃。”出于兴奋，他提前两天结束了假期，前往东伦敦。到了那里，他很快确认了这条鱼就是腔棘鱼，一种进化史上的幽灵鱼，据传已经灭绝了6 600万年。

这4条鱼被命名为拉蒂默—查鲁纳（取自玛乔丽的姓氏和捕到这条鱼的河流的名字），通过对这条鱼以及几年后捕获的另一条鱼的研究，科学家们清楚地从解剖学角度得出结论，这种鱼代表了从海洋到陆地的早期过渡性鱼类。首先，腔棘鱼的胸腔中有一个可以被描述为肺的部位，只不过这个部位中充满了脂肪。其次，不像现代鱼类的简单鳍，腔棘鱼的四个鳍中都有软骨，明显是四肢的前身。腔棘鱼是一种生活在海底的动物，可以依次用4个鳍在海底进行笨拙的移动。

1938年腔棘鱼被“发现”时，引起了国际轰动，但生活在我们周围的其他物种能更清楚地说明肺和腿的早期发育。腔棘鱼只是刚生出肺的雏形，但有些鱼已经有了真正的肺。其中最知名的是弹涂鱼，一种3.5英寸 长的鱼形生物。

这种鱼的自然栖息地分布在马达加斯加（Madagascar）东部、中国南部以及澳大利亚北部等地区的滩涂上。弹涂鱼的外表非但不美，人们看了可能还会觉得很丑，因为这种鱼长着球形的圆脸、凸出的眼睛以及黏糊糊的身体。那两个鳍奇怪地插在它背上，好像是胡乱粘上去似的。

但弹涂鱼有特别的天赋，那就是它同时拥有在水中和陆地上呼吸的非凡能力。它刚刚还在水下快乐地游着，一转眼就跳到了陆地上，张大嘴巴、竖起背鳍威吓对手，拼命地保护自己的领地。为了做到这一点，弹涂鱼保留了鳃，但也适应了通过皮肤、嘴和咽部黏膜（在嘴以下、食道和气管之上的区域）来吸收氧气。通过关闭鳃部，并且让鳃在可伸缩的皮肤衍生物下面保持湿润，弹涂鱼可以离开水几天时间。弹涂鱼还保留着未充分发育的前肢——一对短小的前肢，可以推动黏糊糊的身体在泥泞的栖息地上四处走动。

在4亿年前的水陆过渡时期，弹涂鱼并不是唯一幸存下来的物种。两栖动物，尤其是青蛙、蟾蜍和蝾螈，可以通过皮肤呼吸，也就是让血液通过皮肤吸收氧气、释放二氧化碳。两栖动物在水下和陆地上都会利用这套系统。

澳大利亚肺鱼是进化史上的又一个传说，它是现存的6种肺鱼之一，也是目前仍然最有效地兼具海洋水下呼吸和空气呼吸能力的一种。它那冗长、笨重的蛇形身体呈橄榄绿色，小眼睛，有4个能在水中和陆地上推进身体移动的鳍，其行为不具攻击性。从个头上看，它并不小，平均体重20磅 ，身长4英尺。栖息在澳大利亚北部昆士兰（Queensland）浑浊的淡水浅水区域。

生活在昆士兰这样与世隔绝的安静地方的物种，古老而神秘，仿佛被时间冻结了。澳大利亚肺鱼已经有3.7亿年的历史了，仍然保留着史前的生活习惯，就像是在躲避翼手龙的撕咬或鳄鱼的巨颚。

肺鱼对氧气的利用方式令人印象深刻，因为它可以像其他鱼一样在水下用鳃呼吸，也可以像陆地上的动物一样用肺呼吸，交替自如。与弹涂鱼不同，肺鱼有功能齐全的肺，有适当的“气体交换单元”，而不仅仅是简单地通过膜扩散空气。肺鱼可以在陆地上生活一连好几天，以植物为食，在水下则没有那么多的植物可以食用。天然沼泽栖息地的水量不足时，肺就派上了用场。

腔棘鱼、弹涂鱼和澳大利亚肺鱼为我们提供了一扇通向过去的窗口，向我们展示了各个物种是如何尝试不同的氧气提取模式的。如果没有氧气和提取氧气的模式，人类就不会存在，我们周围的大多数物种也不会存在。

移民火星，工程技术让我们拭目以待

人类的存在、氧气、呼吸的交集，不仅是一个有趣的故事，而且是为我们指明未来方向的路线图。

一些著名的科学家警告我们，这个星球上的生命都很脆弱，一颗小行星或一场核战争随时都有可能将我们全部毁灭。他们警告说，人类的命运，甚至所有物种的命运，可能要取决于是否有能力离开这个星球。

要想在其他星球上生活，当然首先要考虑到肺。在弹涂鱼、腔棘鱼和肺鱼成功地赢得了这一挑战的4亿年之后，我们将再次艰难地面对在不适宜的环境中生存的考验。不幸的是，我们不能像这些动物一样改变能量提取器官，但可以试着把有毒的空气环境变得更适宜居住。

人类首先考虑移民的行星是火星，而使火星大气层变得适宜居住的工程过程被称为地球化（Terraforming）。但这项改造目前还有许多障碍，包括火星上的温度极低，与地球相比还缺乏重力。更大的问题是火星的大气，它由95%的二氧化碳、2.7%的氮气、1.6%的氩气以及仅仅0.13%的氧气组成。火星大气也非常稀薄，密度大约比地球的低100倍。所以必须通过填充，使火星大气充满氧气，变得更稠密。

现如今，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）正在制订的一项计划，被称为火星氧原位资源利用实验（The Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment），或简称为MOXIE。

这个计划想要通过电驱动，将二氧化碳转化为氧气，就像树木做的那样。该计划已经准备就绪，可以将一台小型的MOXIE机器安装到一辆太空越野车上，发送到火星，并对其进行跟踪，以确保其正常工作。接下来的计划是建造一个更大的MOXIE机器，以便为燃料和大气层制造更多的氧气。 ⁸

另一个向火星环境中注入氧气的想法是在整个火星上建立生物群落，然后把地球上的微生物发送上去，让它们去做数百万年来一直在地球上做的事情。最好的微生物可能是一种蓝藻，一种能够在地球极端条件下生存的细菌。火星上有充足的氮，是可供蓝藻使用的天然养料。生物群落可以在监控下制造氧气，如果实验成功，人类将实施更多这样的生物工程。 ⁹

为了让火星能够保留住这些人造氧气，人类必须制造更稠密的大气层。科学家们认为，在火星周围创建一个磁气圈（Magnetic Sphere），即一层类似于环绕地球的电磁波保护层，防止来自太阳的破坏性辐射，并将太阳风的影响降到最低。人类在太阳和火星之间必须战略性地设置一个能发射出保护性电磁波的物理屏障。

如果这个方法奏效，现有的二氧化碳和新产生的氧气，既会使火星变暖，也会使空气压力变大。人们希望，这将有助于融化目前位于火星极冠中的冰，进一步向火星释放水。

虽然这听起来可能很像科幻小说，但我们有理由相信火星的地球化将会取得成功，几百年内，人类或许就能够永久地在火星上生活。关键在于大气、肺和呼吸，这些问题自地球上出现陆地生命就存在了。上一次，这些问题通过生物进化得到了解决；这一次，需要的是工程技术。 qSQ5ItM6xWS3UMUVjOlPHdZqmt4H5n6DcMoLeW3K4RLSUe34hSN6Xs49Tf3Ambuw