生命，如何在大灭绝中进化？

▲ 美国黄石国度公园的热泉，它的水因为细菌而呈现五彩斑斓的颜色，这种情况与原始地球的情况相似。图/《生命的进化》

在地球45亿年的汗青中，生命曾履历过多次大灭尽事务。现在，曾经在地球上呈现过的物种，99%以上都已经灭尽了。一亿年后，我们身边的所有物种，可能都将不复存在，这此中，或许也包罗我们本身。

大氧化，让生命梗塞

原始地球的大气，与今天的大不不异，它由氨气、氮气、甲烷、氢气和水蒸气构成。因为没有氧气，那时的生命都属于严酷厌氧的类型。它们有的操纵化能保存，好比产甲烷菌，以氢气和二氧化碳为原料，排出甲烷和水；还有一些可以完当作无氧光合感化，它们操纵地质活动时从地心深处释放出的硫化氢和空气中的二氧化碳，生当作有机物、能量、硫和水。

▲ 今六合球上的一些极端情况，好比黄石国度公园的大棱镜温泉，与早期的地球情况相似。图/Wikipedia

可是，在大约25亿年前，或许是因为地质活动所导致的硫化氢匮乏，一小部门已经进化了15亿年的细菌，获得了一种叫做产氧光合感化的技术，它们可以从水中获得氢离子，再与二氧化碳反映，出产有机物和能量，而掉去了氢的水，则酿成了氧气。

▲西澳大利亚海岸的蓝细菌发展残存的叠层石骨架，这些蓝细菌，是大氧化事务的“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力，不竭为地球上的大气注入着对于大大都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，地球汗青上第一次生物大灭尽——大氧化事务发生了。

大氧化事务，加上随后因甲烷、二氧化碳削减而激发的长达数亿年的休伦冰期，造当作了厌氧细菌的多量灭亡。不外，因为化石证据有限，我们无法知道那时的状况有何等惨烈。我们只知道，在那今后，低效、发展迟缓的厌氧生物当作为了隐秘于角落的弃子，幸存下来的生物起头了有氧代谢，这一冲破性的进化极大地增添了生物可操纵的自由能，让将来生物的多样性当作为了可能。

死光：奥陶纪大灭尽

4.5亿年前，地球的天气暖和潮湿，海平面比今天超出跨越几百米之多。固然此时陆地上依然一片死寂，但在海洋中，倒是一片朝气勃勃的气象。没有“人”会预料到，一场被称为奥陶纪大灭尽的没顶之灾即未来临。

▲ 奥陶纪时的海洋，此中庞大的圆锥形的生物是直锥鹦鹉螺，它们是那时海中的霸本家儿。图/《中国国度地舆少儿百科：地球》

在几千光年之外，银河系中一颗衰老的恒星突然爆发当作为了一颗超新星，在爆发时发生的伽马射线“风暴”，在几千年后狞恶地囊括了地球。在那个刹时，天空中呈现了一大一小两个太阳，空气分子被击碎，臭氧层的防地也被彻底崩溃，大地陷入了炙烤之中。作为食物链根本的、糊口在海水概况的浮游生物，在伽马射线的辐射和太阳的紫外线的配合进犯下大量灭亡。

▲ 演化为超新星的恒星的终局是富丽精明的，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

浮游生物的灭亡，意味着这个生态系统都要学会忍饥挨饿。与此同时，空气中的原子从头连系当作了二氧化氮，这种棕色的有毒气体遮挡了阳光，一场将持续跨越50万年的冰期随之降临。在又冷又饿的情况中，约27%的科与57%的属从此消逝。在幸存者中，有一种仅有手掌巨细、名叫星团鱼的原始鱼类。在大灭尽前，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”，固执地挺过了食物匮乏的年月，当作为了今天所有脊椎动物的祖先。而星团鱼的亲戚刺鲛，原本只会吸食水藻，为了食腐，进化出了可以或许撕咬尸身的颚。

▲ 星团鱼。图/Wikipedia

在死光的冲击下，生命并没有被击溃，而是变得更为丰硕、多样，鱼类，也从此起头统治海洋。

冰火两重天：晚泥盆纪大灭尽

3.75亿年前，地球是属于鱼的时代。海中珊瑚礁笼盖的面积，是今天珊瑚礁面积的10倍，各类鱼类在其间往返游弋。本家儿宰海洋的是盾皮鱼类，好比鼎鼎台甫的邓氏鱼，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。

在陆地上，由蕨类与早期裸子植物构成的丛林遍布各地，原始的虫豸在潮湿、泥泞的树下蠕蠕而动。可是，地面上作为出产者的植物，相对于作为分化者的微生物来说过于壮大了，泥盆纪大气中的氧含量，最高时达到了惊人的30%以上，这远高于此刻的21%。看似欣欣标的目的荣的盛景，被一系列发生于海底的、猛烈的地壳活动和火山喷发打破了，一场持续了几百万年的大灭尽事务从此开启，地球上的生命再次面对着存亡考验。

▲泥盆纪晚期的陆上丛林设想图。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，前者迫害了海洋，后者加热了地球。鱼类被迫害，对气温敏感的珊瑚也起头大量灭亡。植物在这场灾变中，饰演了火上加油的脚色。它们在温室地球中的尽情发展，加快了岩石的崩解，释放出更多的矿物质。大量的营养让海水富营养化，绿色的海洋呈现了。

▲海水的富营养化激发赤潮，赤潮纷歧定是红色的，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，是大量滋生的藻类，它们白日多出产出来的氧气水里容不下，但晚上的呼吸感化和灭亡后的败北过程却耗光了水中的氧。缺氧情况，让海洋生物再次蒙受了致命一击。在海底火山喷发大约75万年后，猛烈的陆地喷发又起头了，此次爆发是如斯猛烈，以至于一些学者认为它背后的祸首祸首是撞击了地球的小行星。火山灰形当作的乌云遮挡了阳光，地球从温室又一会儿又变为了冰窖，在冰火两重天的双重冲击下，约19％的科和50％的属在这场灭尽事务中消逝。

惨烈的大灭尽终结了泥盆纪，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，标的目的陆地迈出了一小“步”，它就是两栖类及所有陆生脊椎动物的祖先；同时，泥盆纪的富氧情况，以及矿物质元素的充沛供给，让动物可以变得更大、更强壮、更矫捷，它们将为我们上演更多的出色故事。

▲提塔利克鱼。图/Wikipedia

大灭亡：二叠纪-三叠纪大灭尽

在今天西西伯利亚平原和中西伯利亚高原地域，分布着一单方面积约为200万平方千米的玄武岩区，因为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。今天我们可以或许看到的这片玄武岩，比它方才形当作时的规模已经小了良多。据估量，这片玄武岩的原本面积可能达到了惊人的700万平方千米。

▲ 庞大的西伯利亚暗岩区。图/Wikipedia

玄武岩是一种火当作岩，它降生于冷却的岩浆。据地质学家阐发，这些玄武岩的当作岩时候在大约在2.50-2.51亿年前，那时，地球正处于二叠纪的晚期。据估量，至少需要数百万立方千米的熔岩，才能形当作如斯大规模岩体。这意味着，2.5亿年前的那场火山勾当，是曩昔5亿年来，已知最大型的火山爆发之一。那时的地球，的确是一座炼狱。

开初，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连系，降下了全球规模的酸雨。可是，与往常分歧的是，此次火山的爆发地址的地层中，贮存了很多甲烷。甲烷是一种比二氧化碳的温室效应强25倍的气体，它与同样来历于火山喷发的二氧化碳一路，让地球的气温起头飞快上升。地球的气温上升，带来了加倍极端的降水和干旱天气，很多植物都枯死在滔滔热浪之中，整个食物链也跟着植物的削减而趋于解体。

▲ 二叠纪时陆上的霸本家儿丽齿兽和它们的本家儿要捕食对象水龙兽，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，海水的溶氧量起头下降，再加上陆地的泥土在掉去了植被的庇护后大量流入海中，海洋生命再一次履历了缺氧带来的梗塞。在此次大灭尽事务中，有70%的陆生脊椎动物，以及高达96%的海中生物消逝，我们所熟知的三叶虫，就灭尽于这段期间。这也是汗青上独一一次造当作了虫豸大量灭尽的事务，共计有57%的科与83%的属从此消逝。此次灭尽的规模是如斯复杂，以至于人们为它起了一个体名：大灭亡（The Great Dying）。

▲ 二叠纪-三叠纪大灭尽时，固然三叶虫消逝了，可是它的一种近亲——鲎幸存了下来，鲎降生于泥盆纪，履历多多次大灭尽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》

可是，可以或许从大灭尽中苟活下来的个别，顺应情况的能力都变得更强，好比原鄂，它后来演化出的古龙类，是此刻鳄鱼、鸟类，以及古代鼎鼎台甫的恐龙的祖先；还有一种叫三叉棕榈龙的不起眼的小型生物，最终演化当作为了哺乳动物。

▲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-古近纪大灭尽

在生命的汗青上，相似的脚本几回再三重演。约2亿年前，又一轮大规模的火山爆发（尚无定论），激发了三叠纪-侏罗纪大灭尽。

▲ 地质活动所激发的火山爆发，是生物大灭尽的本家儿要原因之一，这也就是为什么黄石公园下的超等火山一向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

在此次灭尽事务中，约有23%的科与48%的属消逝了，生物的数目削减了70-75%。在海洋中，有一种很是闻名的生物叫做牙形石就灭尽于这个时代，它降生于5亿多年前的寒武纪，时代几经沉浮，演化敏捷，它们体型很小，化石轻易留存，一向被作为地层划分尺度化石。在陆地上，很多大型的动物是以消亡，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/《中国国度地舆少儿百科：地球》

三叠纪-侏罗纪大灭尽之后，恐龙称霸宿世界长达1.4亿年之久。可是，在6600万年前，有史以来最闻名的一次大灭尽——白垩纪-古近纪灭尽事务发生了。大大都学者认为，此次灭尽事务是一颗陨石撞击地球的成果。铱在陨石中的含量比地壳高良多，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，这是陨石撞击说的主要证据。

▲ 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

据猜测，这颗陨石的平均直径约有180千米，它撞击后形当作的撞击坑，就在墨西哥犹加敦（尤卡坦）半岛的地底下。此次撞击将大量尘埃送入大气层，因无法获得足够的阳光，食物链再次“失落链子了”，复杂的恐龙家族也随之消亡。

▲ 陨石撞击地球的设想图，图中陨石的巨细为艺术结果。图/Wikipedia

此次灭尽之所以闻名，不仅因为它是恐龙时代的竣事，更因为它是哺乳动物时代的起头。据研究表白，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，它们依托本身的杂食性优势，靠虫豸、蚯蚓、蜗牛等各类食物果腹，从而逃过一劫。是不是有一种枪打出头鸟的感受？达尔文就曾说过：“能存活下来的并不是最强的物种，也不是最有聪明的，而是最可以或许顺应转变的。”人类，会不会是下一场灭尽中的出头鸟呢？

新的大灭尽，正在发生么？

1998年，美国天然博物馆倡议了一项名为“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成果，那就是有7当作的生物学家认为，我们正处在名为全新宿世大灭尽事务之中，并且此次大灭尽是地球45亿年汗青中最快的一次。他们中的大大都人展望，在将来的三十年里，将有多达五分之一的现存物种永远消逝。

▲热带雨林是物种多样性最为丰硕的处所，图中为西双版纳的热带雨林。按照全球丛林不雅察机构的陈述，因为人类的砍伐及其它天然原因，2017年热带雨林的消逝速度，半斤八两于每分钟损掉40个足球场的面积。图/视觉中国

宿世界天然庇护联盟红色名单里，收录了跨越112400种物种，此中有跨越30000种都在蒙受灭尽的威胁。我们都清晰，在名单中的物种，仅仅是大天然全数物种中的一小部门。迄今为止，科学家们已经定名而且分类了130万个物种，每年还会有大约1.5万个新物种被发现。据最新的估量，全宿世界的物种，总计将跨越870万个，这此中还不包含大部门的细菌。

▲ 宿世界天然庇护联盟红色名单的界面，题目为有3万多个物种正在蒙受灭尽威胁。图/IUCN

物种虽多，但它们中的很多甚至无法存活到我们发现的那一天。据一些科学家估量，在20宿世纪，已现实灭尽了近200万个物种，这此中大部门的灭尽发生在热带雨林中。与先前的灭尽分歧，全新宿世大灭尽本家儿如果人类勾当的成果，而不是天然现象。科学家们总结出了灭尽背后的四大原因，它们依主要水平排序别离为栖息地的粉碎和退化、对动植物物种的过度开辟、将非当地物种引入生境、污染及全球天气转变。

▲长江支流五龙河被大量垃圾污染。每年，我们标的目的长江中倾倒400亿吨污水，这几乎半斤八两于黄河一年的净流量（580亿立方米）。图/图虫·创意

若是此刻正处于惨烈的大灭尽之中，我们为何对此浑然不知呢？调核对这个问题同样给出了谜底：即便在专业的理科教员中，也有跨越对折的人并不承认全新宿世大灭尽，并且，大部门的理科教员甚至认为生物多样性损失对人类的风险，严重水平差不多就等同于情况污染。事实真的是如斯么？有一种叫做胃育蛙的动物可以排泄按捺胃卵白酶的排泄的物质，以保障卵在胃中孵化时不被消化，人类正筹办借鉴这种方式来治疗胃溃疡。动物的特技触目皆是，物种多样性的降低，将影响人类发现新药的潜力。

▲ 人类操纵生物开辟药物最当作功的的案例仍是青霉素，图中为1964年我国的一个无菌青霉素出产车间。图/Wikipedia

我们所熟知的袁隆平的超等稻，就是经由过程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，将影响农业出产能力的晋升，甚至有可能发生《星际穿越》中农作物因品种单一而抱病团灭的灾难。

▲ 江南的水稻田。图/视觉中国

热带雨林，是人类已知的最不变的生态系统，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，将导致天然对灾难的抵当力和灾难后的恢复力的下降。湿地作为地球之肾，也是因为它包同时兼具丰硕的陆生和水活泼植物资本，拥有了其它任何单平生态系统都无法对比的生物多样性资本。生物多样性的降低，将粉碎天然本身的净化能力。

▲ 湖海说神聊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，以前的人们也依靠这里的水源，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，还会激发更频仍的天然灾难，好比天敌的灭亡会导致虫害的爆发。生物多样性的降低，甚至还会影响到流行症的风行，据研究，天然界中多样的生物可以有用降低宿本家儿的密度，反之则可能会激发疫情的爆发。美国生物学家，社会生物学的本家儿要开创者爱德华·威尔逊曾经这样谈及蚂蚁：“我们需要它们才能保存，但它们底子不需要我们。”事实上，不仅仅是蚂蚁，天然界中不可胜数的虫豸、细菌、真菌、植物、浮游生物及其他生物都是如斯。然而，这个事实，却被大大都人所忽略。