生命，如何在大滅絕中進化？

▲ 美國黃石國度公園的熱泉，它的水因為細菌而呈現五彩斑斕的顏色，這種情況與原始地球的情況相似。圖/《生命的進化》

在地球45億年的汗青中，生命曾履歷過多次大滅盡事務。現在，曾經在地球上呈現過的物種，99%以上都已經滅盡了。一億年后，我們身邊的所有物種，可能都將不復存在，這此中，或許也包羅我們本身。

大氧化，讓生命梗塞

原始地球的大氣，與今天的大不不異，它由氨氣、氮氣、甲烷、氫氣和水蒸氣構成。因為沒有氧氣，那時的生命都屬于嚴酷厭氧的類型。它們有的操縱化能保存，好比產甲烷菌，以氫氣和二氧化碳為原料，排出甲烷和水；還有一些可以完當作無氧光合感化，它們操縱地質活動時從地心深處釋放出的硫化氫和空氣中的二氧化碳，生當作有機物、能量、硫和水。

▲ 今六合球上的一些極端情況，好比黃石國度公園的大棱鏡溫泉，與早期的地球情況相似。圖/Wikipedia

可是，在大約25億年前，或許是因為地質活動所導致的硫化氫匱乏，一小部門已經進化了15億年的細菌，獲得了一種叫做產氧光合感化的技術，它們可以從水中獲得氫離子，再與二氧化碳反映，出產有機物和能量，而掉去了氫的水，則釀成了氧氣。

▲西澳大利亞海岸的藍細菌發展殘存的疊層石骨架，這些藍細菌，是大氧化事務的“始作俑者”。圖/《BBC: Life on Earth》

在此后的1億年里，產氧光合細菌以愚公移山的精力，不竭為地球上的大氣注入著對于大大都生物來說是毒氣的氧氣。量變慢慢帶來了質變，大約在23-24億年前，地球汗青上第一次生物大滅盡——大氧化事務發生了。

大氧化事務，加上隨后因甲烷、二氧化碳削減而激發的長達數億年的休倫冰期，造當作了厭氧細菌的多量滅亡。不外，因為化石證據有限，我們無法知道那時的狀況有何等慘烈。我們只知道，在那今后，低效、發展遲緩的厭氧生物當作為了隱秘于角落的棄子，幸存下來的生物起頭了有氧代謝，這一沖破性的進化極大地增添了生物可操縱的自由能，讓將來生物的多樣性當作為了可能。

死光：奧陶紀大滅盡

4.5億年前，地球的天氣暖和潮濕，海平面比今天超出跨越幾百米之多。固然此時陸地上依然一片死寂，但在海洋中，倒是一片朝氣勃勃的氣象。沒有“人”會預料到，一場被稱為奧陶紀大滅盡的沒頂之災即未來臨。

▲ 奧陶紀時的海洋，此中龐大的圓錐形的生物是直錐鸚鵡螺，它們是那時海中的霸本家兒。圖/《中國國度地輿少兒百科：地球》

在幾千光年之外，銀河系中一顆衰老的恒星突然爆發當作為了一顆超新星，在爆發時發生的伽馬射線“風暴”，在幾千年后獰惡地囊括了地球。在那個剎時，天空中呈現了一大一小兩個太陽，空氣分子被擊碎，臭氧層的防地也被徹底崩潰，大地陷入了炙烤之中。作為食物鏈根本的、糊口在海水概況的浮游生物，在伽馬射線的輻射和太陽的紫外線的配合進犯下大量滅亡。

▲ 演化為超新星的恒星的終局是富麗精明的，照片中的SN 1994D（左下方的亮點），就是星系NGC 4526的一顆超新星。圖/Wikipedia

浮游生物的滅亡，意味著這個生態系統都要學會忍饑挨餓。與此同時，空氣中的原子從頭連系當作了二氧化氮，這種棕色的有毒氣體遮擋了陽光，一場將持續跨越50萬年的冰期隨之降臨。在又冷又餓的情況中，約27%的科與57%的屬從此消逝。在幸存者中，有一種僅有手掌巨細、名叫星團魚的原始魚類。在大滅盡前，它們是海洋中的弱者，但在災難中它們憑借著不挑食的“個性”，固執地挺過了食物匱乏的年月，當作為了今天所有脊椎動物的祖先。而星團魚的親戚刺鮫，原本只會吸食水藻，為了食腐，進化出了可以或許撕咬尸身的顎。

▲ 星團魚。圖/Wikipedia

在死光的沖擊下，生命并沒有被擊潰，而是變得更為豐碩、多樣，魚類，也從此起頭統治海洋。

冰火兩重天：晚泥盆紀大滅盡

3.75億年前，地球是屬于魚的時代。海中珊瑚礁籠蓋的面積，是今天珊瑚礁面積的10倍，各類魚類在其間往返游弋。本家兒宰海洋的是盾皮魚類，好比鼎鼎臺甫的鄧氏魚，最大的種類長約11米，重量可達6噸，連鯊魚都是它的捕食對象。

在陸地上，由蕨類與早期裸子植物構成的叢林遍布各地，原始的蟲豸在潮濕、泥濘的樹下蠕蠕而動。可是，地面上作為出產者的植物，相對于作為分化者的微生物來說過于壯大了，泥盆紀大氣中的氧含量，最高時達到了驚人的30%以上，這遠高于此刻的21%。看似欣欣標的目的榮的盛景，被一系列發生于海底的、猛烈的地殼活動和火山噴發打破了，一場持續了幾百萬年的大滅盡事務從此開啟，地球上的生命再次面對著存亡考驗。

▲泥盆紀晚期的陸上叢林設想圖。圖/Wikipedia

從火山中噴發出的大量包含重金屬的有毒物質和二氧化碳，前者迫害了海洋，后者加熱了地球。魚類被迫害，對氣溫敏感的珊瑚也起頭大量滅亡。植物在這場災變中，飾演了火上加油的腳色。它們在溫室地球中的盡情發展，加快了巖石的崩解，釋放出更多的礦物質。大量的營養讓海水富營養化，綠色的海洋呈現了。

▲海水的富營養化激發赤潮，赤潮紛歧定是紅色的，它只是一個統稱，圖中為文萊海岸的赤潮。圖/視覺中國

海水中的綠色，是大量滋生的藻類，它們白日多出產出來的氧氣水里容不下，但晚上的呼吸感化和滅亡后的敗北過程卻耗光了水中的氧。缺氧情況，讓海洋生物再次蒙受了致命一擊。在海底火山噴發大約75萬年后，猛烈的陸地噴發又起頭了，此次爆發是如斯猛烈，以至于一些學者認為它背后的禍首禍首是撞擊了地球的小行星。火山灰形當作的烏云遮擋了陽光，地球從溫室又一會兒又變為了冰窖，在冰火兩重天的雙重沖擊下，約19％的科和50％的屬在這場滅盡事務中消逝。

慘烈的大滅盡終結了泥盆紀，但它也為我們留下了豐厚的遺產：一種名為提塔利克魚的魚類，為了尋找更好的棲息地，標的目的陸地邁出了一小“步”，它就是兩棲類及所有陸生脊椎動物的祖先；同時，泥盆紀的富氧情況，以及礦物質元素的充沛供給，讓動物可以變得更大、更強壯、更矯捷，它們將為我們上演更多的出色故事。

▲提塔利克魚。圖/Wikipedia

大滅亡：二疊紀-三疊紀大滅盡

在今天西西伯利亞平原和中西伯利亞高原地域，分布著一單方面積約為200萬平方千米的玄武巖區，因為這些巖石多呈灰黑色，人們習慣性地稱其為西伯利亞暗巖區。今天我們可以或許看到的這片玄武巖，比它方才形當作時的規模已經小了良多。據估量，這片玄武巖的原本面積可能達到了驚人的700萬平方千米。

▲ 龐大的西伯利亞暗巖區。圖/Wikipedia

玄武巖是一種火當作巖，它降生于冷卻的巖漿。據地質學家闡發，這些玄武巖的當作巖時候在大約在2.50-2.51億年前，那時，地球正處于二疊紀的晚期。據估量，至少需要數百萬立方千米的熔巖，才能形當作如斯大規模巖體。這意味著，2.5億年前的那場火山勾當，是曩昔5億年來，已知最大型的火山爆發之一。那時的地球，的確是一座煉獄。

開初，火山灰遮住了陽光，讓地球變冷，火山噴出的二氧化硫與空氣中的水連系，降下了全球規模的酸雨。可是，與往常分歧的是，此次火山的爆發地址的地層中，貯存了很多甲烷。甲烷是一種比二氧化碳的溫室效應強25倍的氣體，它與同樣來歷于火山噴發的二氧化碳一路，讓地球的氣溫起頭飛快上升。地球的氣溫上升，帶來了加倍極端的降水和干旱天氣，很多植物都枯死在滔滔熱浪之中，整個食物鏈也跟著植物的削減而趨于解體。

▲ 二疊紀時陸上的霸本家兒麗齒獸和它們的本家兒要捕食對象水龍獸，麗齒獸長有10厘米長的獠牙，是地球上第一種長犬齒的生物。圖/Wikipedia

地面上的災難，同樣傳到了海中。當海水溫度隨氣溫上升時，海水的溶氧量起頭下降，再加上陸地的泥土在掉去了植被的庇護后大量流入海中，海洋生命再一次履歷了缺氧帶來的梗塞。在此次大滅盡事務中，有70%的陸生脊椎動物，以及高達96%的海中生物消逝，我們所熟知的三葉蟲，就滅盡于這段期間。這也是汗青上獨一一次造當作了蟲豸大量滅盡的事務，共計有57%的科與83%的屬從此消逝。此次滅盡的規模是如斯復雜，以至于人們為它起了一個體名：大滅亡（The Great Dying）。

▲ 二疊紀-三疊紀大滅盡時，固然三葉蟲消逝了，可是它的一種近親——鱟幸存了下來，鱟降生于泥盆紀，履歷多多次大滅盡后直到今天依然存在，圖中為海岸上的美國鱟。圖/《生命的進化》

可是，可以或許從大滅盡中茍活下來的個別，順應情況的能力都變得更強，好比原鄂，它后來演化出的古龍類，是此刻鱷魚、鳥類，以及古代鼎鼎臺甫的恐龍的祖先；還有一種叫三叉棕櫚龍的不起眼的小型生物，最終演化當作為了哺乳動物。

▲三叉棕櫚龍，它還不是哺乳動物，而是爬蟲類。圖/Wikipedia

恐龍的稱霸與逝去：三疊紀-侏羅紀和白堊紀-古近紀大滅盡

在生命的汗青上，相似的腳本幾回再三重演。約2億年前，又一輪大規模的火山爆發（尚無定論），激發了三疊紀-侏羅紀大滅盡。

▲ 地質活動所激發的火山爆發，是生物大滅盡的本家兒要原因之一，這也就是為什么黃石公園下的超等火山一向是地質學家研究的熱點，圖中為太空中拍攝到的地球上的火山噴發。圖/NASA

在此次滅盡事務中，約有23%的科與48%的屬消逝了，生物的數目削減了70-75%。在海洋中，有一種很是聞名的生物叫做牙形石就滅盡于這個時代，它降生于5億多年前的寒武紀，時代幾經沉浮，演化敏捷，它們體型很小，化石輕易留存，一向被作為地層劃分尺度化石。在陸地上，很多大型的動物是以消亡，它們為最早的恐龍——南十字龍留下了生態位的空白。

▲ 恐龍時代。圖/《中國國度地輿少兒百科：地球》

三疊紀-侏羅紀大滅盡之后，恐龍稱霸宿世界長達1.4億年之久。可是，在6600萬年前，有史以來最聞名的一次大滅盡——白堊紀-古近紀滅盡事務發生了。大大都學者認為，此次滅盡事務是一顆隕石撞擊地球的成果。銥在隕石中的含量比地殼高良多，而在白堊紀與古近紀的地層分界線上，銥元素的含量比其它地層都要高的多，這是隕石撞擊說的主要證據。

▲ 地層中白堊紀與古近紀間的含銥層，所有的恐龍化石，都在這個地層的下方。圖/Wikipedia

據猜測，這顆隕石的平均直徑約有180千米，它撞擊后形當作的撞擊坑，就在墨西哥猶加敦（尤卡坦）半島的地底下。此次撞擊將大量塵埃送入大氣層，因無法獲得足夠的陽光，食物鏈再次“失落鏈子了”，復雜的恐龍家族也隨之消亡。

▲ 隕石撞擊地球的設想圖，圖中隕石的巨細為藝術結果。圖/Wikipedia

此次滅盡之所以聞名，不僅因為它是恐龍時代的竣事，更因為它是哺乳動物時代的起頭。據研究表白，在白堊紀末期，似乎沒有完全的草食性或肉食性的哺乳動物，它們依托本身的雜食性優勢，靠蟲豸、蚯蚓、蝸牛等各類食物果腹，從而逃過一劫。是不是有一種槍打出頭鳥的感受？達爾文就曾說過：“能存活下來的并不是最強的物種，也不是最有聰明的，而是最可以或許順應轉變的。”人類，會不會是下一場滅盡中的出頭鳥呢？

新的大滅盡，正在發生么？

1998年，美國天然博物館倡議了一項名為“下一個千年的生物多樣性”的全國性調查。此次調查得出了一個驚人的成果，那就是有7當作的生物學家認為，我們正處在名為全新宿世大滅盡事務之中，并且此次大滅盡是地球45億年汗青中最快的一次。他們中的大大都人展望，在將來的三十年里，將有多達五分之一的現存物種永遠消逝。

▲熱帶雨林是物種多樣性最為豐碩的處所，圖中為西雙版納的熱帶雨林。按照全球叢林不雅察機構的陳述，因為人類的砍伐及其它天然原因，2017年熱帶雨林的消逝速度，半斤八兩于每分鐘損掉40個足球場的面積。圖/視覺中國

宿世界天然庇護聯盟紅色名單里，收錄了跨越112400種物種，此中有跨越30000種都在蒙受滅盡的威脅。我們都清晰，在名單中的物種，僅僅是大天然全數物種中的一小部門。迄今為止，科學家們已經定名而且分類了130萬個物種，每年還會有大約1.5萬個新物種被發現。據最新的估量，全宿世界的物種，總計將跨越870萬個，這此中還不包含大部門的細菌。

▲ 宿世界天然庇護聯盟紅色名單的界面，題目為有3萬多個物種正在蒙受滅盡威脅。圖/IUCN

物種雖多，但它們中的很多甚至無法存活到我們發現的那一天。據一些科學家估量，在20宿世紀，已現實滅盡了近200萬個物種，這此中大部門的滅盡發生在熱帶雨林中。與先前的滅盡分歧，全新宿世大滅盡本家兒如果人類勾當的成果，而不是天然現象。科學家們總結出了滅盡背后的四大原因，它們依主要水平排序別離為棲息地的粉碎和退化、對動植物物種的過度開辟、將非當地物種引入生境、污染及全球天氣轉變。

▲長江支流五龍河被大量垃圾污染。每年，我們標的目的長江中傾倒400億噸污水，這幾乎半斤八兩于黃河一年的凈流量（580億立方米）。圖/圖蟲·創意

若是此刻正處于慘烈的大滅盡之中，我們為何對此渾然不知呢？調核對這個問題同樣給出了謎底：即便在專業的理科教員中，也有跨越對折的人并不承認全新宿世大滅盡，并且，大部門的理科教員甚至認為生物多樣性損失對人類的風險，嚴重水平差不多就等同于情況污染。事實真的是如斯么？有一種叫做胃育蛙的動物可以排泄按捺胃卵白酶的排泄的物質，以保障卵在胃中孵化時不被消化，人類正籌辦借鑒這種方式來治療胃潰瘍。動物的特技觸目皆是，物種多樣性的降低，將影響人類發現新藥的潛力。

▲ 人類操縱生物開辟藥物最當作功的的案例仍是青霉素，圖中為1964年我國的一個無菌青霉素出產車間。圖/Wikipedia

我們所熟知的袁隆平的超等稻，就是經由過程遠緣的野生稻與栽培稻雜交培育出來的新品種。物種多樣性的降低，將影響農業出產能力的晉升，甚至有可能發生《星際穿越》中農作物因品種單一而抱病團滅的災難。

▲ 江南的水稻田。圖/視覺中國

熱帶雨林，是人類已知的最不變的生態系統，這背后的原因，就是因為它擁有極高的生物多樣性。物種多樣性的降低，將導致天然對災難的抵當力和災難后的恢復力的下降。濕地作為地球之腎，也是因為它包同時兼具豐碩的陸生和水活潑植物資本，擁有了其它任何單平生態系統都無法對比的生物多樣性資本。生物多樣性的降低，將粉碎天然本身的凈化能力。

▲ 湖海說神聊神農架的大九湖濕地，這里有梅花鹿、云豹、林麝、白鸛等珍稀動物，以前的人們也依靠這里的水源，有娘娘墳、卸甲套等遺址。圖/視覺中國

除此之外，生物多樣性的降低，還會激發更頻仍的天然災難，好比天敵的滅亡會導致蟲害的爆發。生物多樣性的降低，甚至還會影響到流行癥的風行，據研究，天然界中多樣的生物可以有用降低宿本家兒的密度，反之則可能會激發疫情的爆發。美國生物學家，社會生物學的本家兒要開創者愛德華·威爾遜曾經這樣談及螞蟻：“我們需要它們才能保存，但它們底子不需要我們。”事實上，不僅僅是螞蟻，天然界中不可勝數的蟲豸、細菌、真菌、植物、浮游生物及其他生物都是如斯。然而，這個事實，卻被大大都人所忽略。