從138億年前宇宙大爆炸開始,講一個符合現代科學的創世故事(下)​​​​​​

從138億年前宇宙大爆炸開始,講一個符合現代科學的創世故事(下)​​​​​​
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我們想讓你知道的是

隨著人類的出現,我們進入了人類歷史時期。正如我們即將看到的,人類的出現標誌著生物複雜性邁上了一個更高的臺階,這也是為何人類歷史和其他物種的歷史截然不同的原因。

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文:大衛.克利斯蒂安(David Christian)

從138億年前宇宙大爆炸開始,講一個符合現代科學的創世故事(上)

早期地球是一個炎熱、危險的地方。它被隕石和小行星輪番撞擊,隨著體積越來越大,壓力使地球中心溫度上升,而大量的放射性物質加快了熱量積累。很快地,早期地球由於溫度過高開始熔化,在此過程中發生了我們稱之為「重力分異」的現象。比較重的元素,如鐵和鎳,沉積到地球中心,形成了地核。金屬構成的地核能夠產生磁場,保護我們免受太陽的一些有害輻射。稍輕的物質組成了熔融態、瓜瓤狀的中層,我們稱之為「地幔」。更輕的物質則停留在了表層。這些物質迅速冷卻,形成了蛋殼一般薄薄的一層,我們稱之為「地殼」。地殼僅有幾公里厚。而最輕的物質是氣體,這些氣體從地球表面的火山噴薄而出,形成了早期的大氣層。

四十多億年前的地球歷史被劃分為「冥古宙」。那時的地球酷熱難耐,不斷遭受小行星的輪番撞擊,大氣層中也沒有游離氧。此時還沒有生物能夠在地球生存。隨後地球開始慢慢冷卻,最終,水蒸氣組成巨大的雲團在地球上空循環,逐漸形成降雨,造就了早期的海洋。

我們幾乎可以確認,正是在這些早期海洋中,一種新的複合體開始出現:這就是生命。液態水為化學反應提供了適宜的環境:在空氣中,原子運動太快,無法配對;而在固體中,原子又幾乎一動不動;水是最適宜的,化合物運動不快不慢,所以一旦它們相遇,便可配對形成更加複雜的化合物。在當時地球的某一個地方(很可能就是在早期海洋的深處),由於那裡既有來自深海火山活動的能量,又有充足的化學物質,越來越多更加複雜的化合物開始形成。距今大約三十五億年前,也就是地球誕生後的十億年內,這些化合物中的一部分形成了地球上第一批生物。生物學家把這些微小、簡單、單細胞的生物命名為「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樣,最早的這批生物太小,肉眼無法看見。但它們的一舉一動都足以證明,它們是有生命的,全然不同於沒有生命的物質。它們能通過生物學家稱之為「新陳代謝」的化學反應,從周圍的環境中汲取能量。它們還可以利用令人驚歎的龐大而複雜的分子(我們稱之為「DNA」,去氧核糖核酸的英文縮寫)的特性進行自我複製。原核生物通過分裂成兩個幾乎一模一樣的個體,或者「複製」,進行自我繁殖。儘管如此,由於在生殖過程中總是會有微小差異,這就意味著個體之間總是會出現細微的差別。由於存在這些差別,一些個體在獲取能量方面會優於其他個體,而且這些個體更容易存活,並能更有效地進行繁殖,將這些優點和特性遺傳給自己的後代。

通過這種方式,生物開始逐步改變、進化,順應各種各樣的環境,演化出千百萬個不同的物種。這個過程,查爾斯.達爾文稱之為「天擇」。正是這種機制造就了今天我們看到的姹紫嫣紅、萬物生長的大千世界。隨著越來越多的物種出現,地球表面被一層薄薄的生命體覆蓋,我們稱之為「生物圈」。迄今為止,地球是宇宙中已知唯一存在生命的行星。當然,將來我們也可能在宇宙的其他地方發現某種形式的生命存在,而且從理論的角度來說,這種可能性非常大。

從化石遺跡來看,第一批原核生物出現在距今三十五億年前。通過天擇,它們中間的一部分已經學會進行光合作用。這是一種直接從陽光中汲取能量,並將其儲存在體內的能力,今天所有的植物仍在使用這種方法。我們知道光合作用出現的時間很早,因為科學家發現了一種名為「疊層石」的古老化石,這是一種巨大的、類似珊瑚的物體,它們是由大量類似藻類的微生物遺骸組成的,這種生物能夠進行光合作用。

光合作用有一個明顯的附加作用:這種化合反應需要從陽光中汲取能量,並且產生氧氣這個附加產品。因此,隨著進行光合作用的生物呈幾何倍數增長,越來越多的氧氣被釋放到大氣層中。對某些生物來說,這完全就是災難,因為氧氣極其活躍,可能變得極具破壞性。如果你懷疑這種說法,可以想想火─火就是氧氣和其他元素發生的劇烈反應。事實上,地質學家能夠追蹤游離氧在地球上的逐漸積累,因為他們發現了赤鐵帶:赤鐵就是鐵與游離氧結合的產物,這是一種緩慢形式的燃燒,我們通常稱之為「生銹」。

儘管如此,仍有一些物種成功地適應了含氧量日趨豐富的大氣層。其中一些還開始利用氧原子的高能量驅動自身的新陳代謝。於是通過這種方式,在距今約二十億年前,真核生物出現了,它的出現標誌著生物複雜性邁上了一個新臺階。這些早期真核生物與原核生物一樣,是單細胞生物。真核生物大多比原核生物體積大,它們通常將去氧核糖核酸(DNA,遺傳信息載體)保護在一個細胞核中,這能夠確保它們更加精準地繁殖。其中一些物種還可以在繁殖前替換部分遺傳信息片段,這意味著它們的後代具有父本、母本的雙重特點。這是一種新型繁殖方式的開始,我們稱之為「有性繁殖」。有性繁殖可以產生更豐富的多樣性,因為後代和親本不可能完全相同,這樣,天擇的節奏就大大加快了。這就是為什麼在地球歷史最近的十億年中,生物物種的多樣性比以前提高得更快。

距今約六億年前,第一批多細胞生物出現,這是生物圈歷史上具有重大意義的變革之一(此外,還有「人類世」帶來的變革,這將在最後一章討論)。在震旦紀及隨後的寒武紀岩層中,突然出現已經可以用肉眼直接看到的大體積化石。從那時起,儘管大多數生物仍屬於單細胞的原核生物或真核生物,但是古生物學家已經追蹤到多細胞生物日趨豐富的多樣性。每一種這樣的生物都含有數十億的真核細胞,它們密切配合,共同構成一個生命個體。多細胞生物的出現,標誌著生物複雜性的進一步提高。

最初,所有多細胞生物都生活在海洋。但從距今約五億年前開始,部分生物(極有可能是早期形態的植物或昆蟲)開始探索陸地。這絕非易事,因為它們是在水中進化的,需要水維持其新陳代謝並進行繁殖。因此,像今天所有的陸地生物一樣,它們必須進化出特殊的皮膚,以保護身體內部進行的各種化學反應,它們甚至為自己的後代進化出了精密複雜的保護機制,如蛋殼。從那時起,千百萬種大型生物先後在地球上出現,它們繁榮興旺,隨後又消亡滅絕,包括最早的兩棲類動物、爬行動物(如恐龍)和第一批哺乳動物。我們還知道,地球歷史上還多次出現劇變時期,在此期間,數以百萬計的生物在短時間內消失殆盡。

有時,這些「滅絕事件」是由於地球和某些小行星碰撞引起的,而這些小行星直至今天仍環繞著太陽運行。這些碰撞掀起的塵煙猶如巨大的帷幕,遮天蔽日長達數月甚至數年,就像核戰爭一樣。此外,它們還可以引發破壞力巨大的海嘯。距今約六千五百萬年前,很可能就是由於一顆小行星撞擊地球,導致絕大部分種類的恐龍滅絕殆盡。最早的哺乳動物極有可能是體型較小的穴居動物,類似於今天的鼩鼱。它們的袖珍體型和晝伏夜出的生活習性,使其比體型巨大的恐龍更有優勢,在小行星撞地球的災難中逃過一劫。

擺脫了恐龍這塊絆腳石,哺乳動物開始適應曾經被恐龍獨霸的多樣的自然環境。很快,我們發現,大量新型的哺乳動物出現在地球上。其中一種為靈長類動物,它們大多數時間生活在樹上。為了適應樹間生活,靈長類動物需要具備適於抓握的手,可以觀察立體圖像的眼睛和能夠處理大量視覺資訊的大腦。從距今約二千萬年前起,一部分靈長類動物(早期形態的猿)開始花更多時間生活在地面上。到了約七百萬年前,在非洲某個地方,一些猿類開始用雙腳站立。這是第一批「類人猿」,這種兩足直立的猿是我們人類的直接祖先。

我們最有名的類人祖先或許就是「露西」了。她屬於名為「南方古猿」的類人族群,居住在距今約三百萬年前的非洲衣索比亞一帶。我們可以從露西脊柱和顱骨的連接方式得知,她是用兩足直立行走的。人類古生物學的先驅之一瑪麗.李奇(Mary Leakey)也發現了兩個南方古猿的化石足跡,這是當初他們走過火山爆發散落的灰燼時留下的。露西比現代人個頭稍小,大腦和現代黑猩猩差不多大小,所以,即使我們遇見她,我們很可能也會把她當成一個黑猩猩。

二百萬年前,非洲東部出現了另一個類人物種,我們稱之為「能人」。這個物種的特別之處就在於它的成員可以製作簡單的石質工具。約五十萬年前,地球上又出現了一個類人物種,名為「直立人」(Homo erectus,古生物學家至今仍在爭論該物種的確切命名)。該物種的成員和現代人類個頭相當,其腦容量也和我們相差無幾。他們製作的石質工具比能人更加精細複雜。隨後,這個物種的部分成員離開非洲,遷移到其他地區,歷經許多代,最遠的到達了今天的中國境內。

我們人類,即現代智人,出現在約二十五萬年前的東非。隨著人類的出現,我們進入了人類歷史時期。正如我們即將看到的,人類的出現標誌著生物複雜性邁上了一個更高的臺階,這也是為何人類歷史和其他物種的歷史截然不同的原因。

書籍介紹

本文摘錄自《極簡人類史:從宇宙大爆炸到21世紀》,遠足文化出版

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作者:大衛.克利斯蒂安(David Christian)
譯者:王睿

《極簡人類史》從宇宙大爆炸、星系演變、生命進化,講到早期社會的誕生、農業文明的出現、現代社會與文明危機。全書共四個篇章,在不到十萬字的篇幅裡,清晰地勾勒出每一階段的發展框架:第一章,「前傳:開端之前」,講述在宇宙演化進程中,人類是如何誕生的,以及現代智人是如何出現的;第二章,「開端:採集狩獵時代」,講述現代智人如何從生物圈中脫穎而出,建立人類社會;第三章,「加速:農耕時代」,講述農業文明的擴散,以及分散在各地的社群如何建立起相似的生活方式;第四章,「我們的世界:近現代」,講述更高級的工業文明的誕生,及其如何一次次將我們推到文明危機的邊緣。

通過這四個章節,《極簡人類史》為我們呈現出一幅壯闊的歷史大圖景,幫助我們一目了然地看清,人類歷史從哪裡來,以及人類歷史演變的內在規律。這本書用一個大比例尺看待人類歷史,所看到的並不是「一個接一個了無生趣的事實」,而是富有邏輯、互動連接的人類共同的故事。

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Photo Credit: 遠足文化出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:朱家儀