地球生命40亿年的演化传奇

王治钧

一提到古生物学，大家脑海里通常都会想起侏罗纪公园里的各种恐龙，也难怪，《侏罗纪公园》系列电影在全球收获了大量拥趸，并引发全球的恐龙热，从网络到线下活动，从博物馆的大型梁龙化石骨架到主题公园里喷火的霸王龙，衍生的很多电影怪兽也直接套用了恐龙的形象，甚至学龄前儿童的填色绘本也有可爱的恐龙形象……所有这些组成了大家对于古生物学的第一印象。

恐龙确实是古生物学的一张招牌，但恐龙其实仅仅是古代鸟类的一种，只占了古生物学中很小的一部分，算是古生物学入门级的生物。古生物学是研究过去生命进化的学科，是追溯今天地球数以百万计生物祖先的重要科学实践，包括从生命的起源、发展、生命之树的分叉，到今天这个纷繁复杂的世界，以及未来可能的变化。所以，当我们想多了解过往40亿年地球生命的演化过程时，应该多关注下恐龙之外的古生物学。

地球生命的诞生

地球诞生已有46亿年，为了方便研究生命的起源，有科学家将地球诞生时间浓缩成1天或者1个小时。如果浓缩成1小时，那么动植物是直到最后十几分钟才出现的，恐龙仅占了几分钟，而哺乳动物在倒数6分钟才诞生，人类的祖先在最后的一两秒才闪现出来，在这浓缩图里基本看不见。

把地球诞生时间浓缩为1 小时

回顾生命起源首先就要从生物的遗传物质开始。在地球早期的能量化学里，某些分子在一些条件（如闪电、火山和辐射等）作用下，形成有机化合物，出现结晶体、蛋白质等，慢慢地一些新的细菌学会了分解阳光、生产氧气、从空气中吸取碳。这个过程持续了几十亿年。

早期，一些细菌开始摄食别的细菌，并获得了将氧转化成能量的能力，这成为动物与植物的前身，亿万年前地球也曾经从热变冷又变热，甚至变成了冰川覆盖的雪球地球。逐渐地，在大约七八亿年前，微生物集结在一起创造出了多细胞生命。

六亿年前，地球上出現了广阔的浅海，气候十分适宜生物生长，几何形态的群体如团藻出现了，它们从水中摄取微生物。这时的海洋生物开始繁盛，比如三叶虫、腕足类、双壳类、腹足类、海百合、珊瑚、海绵类、鹦鹉螺、牙形石、藻类等，但它们很快就被现代动物的祖先们所取代。

生物的灭绝与新生

寒武纪生命大爆发时期，长达两米的奇虾挥舞长臂捕获其他动物，它有碗口大的嘴，牙齿锋利无比，是当时海洋食物链的顶端捕食者;身披铠甲蠕动的沙蚕在海底爬行并钻进泥沙，创造出崭新的生态系统;鱼类蝌蚪状的先祖游过古老的海岸线，它们的亲戚形似鳗鱼，咽部长有牙齿，从甜筒一样的珊瑚礁上游过，躲过校车大小的巨型克拉肯大鱿鱼和饥饿的海蝎。同一时期，菌类植物也上了岸。但是到了大约4.46亿年至4.44亿年前，200万年间地球冰川时期卷土重来，全球气候变冷，海平面大幅下降，85%的物种消失殆尽，第一次生物大灭绝几乎抹杀了一切。

但生物大灭绝也带来了新的机遇，进入志留纪时期时，地球生物又开始迅速复苏。许多地区升起，海面成为陆地，蕨类植物繁盛，鱼形动物数量和种类大量增多。比如，无颌鱼类开始出现在海洋里，它们长有尖角、突刺以及鱼鳍;蜘蛛、蝎子、蜗牛和蠕虫的祖先开始出现在陆地上，甚至后来还出现了有下颌的鱼，它们的后代开始捕食无颌鱼、海蝎和树状浮游生物。

第二次生物大灭绝后海洋中出现的新物种

此时，有着利刃般下颚且身披盔甲的捕食动物是主宰者，与它们共存的是那些鱼翅中长着臂骨的巨型鱼。这些鱼如同螃蟹一样在海底穿行，几种早期的鲨鱼为了求生全部栖居在近海区域，这个期间整个海洋生态系统开始显得拥挤不堪。而陆地上，植物成为了树，有的成长为参天大树，有的只是在死前播撒一次孢子。在3.75亿～3.6亿年之间，冰川再度回归，海洋生物遭到重创，这个过程持续了近2000万年，期间有多次灭绝高峰期，80%～90%的海洋物种灭绝，这是第二次生物大灭绝。

从前拥挤不堪的生物格局被大灭绝事件打破并抹平了，之后生物演变又一次渐渐恢复。

海洋里出现了新的物种，比如身披护甲的海百合、长翅的鲨鱼、有锯齿牙的鲨鱼、鳍上长满小锯齿的鲨鱼、牙板能碾碎食物的鲨鱼，类似现代神仙鱼和鳗鱼的硬骨鱼也首次登场。这期间，陆地上的湿地也形成了，其间生活着三米长的多足类动物和巨大的蜻蜓。另外，脊椎动物也永久地移居陆地，诞生了形似短吻鳄的两栖类和长着剑齿的合弓纲。

第三次生物大灭绝后海洋中出现的新物种

这个时代，火山频繁爆发，最终西伯利亚全境火山爆发，造成第三次生物大灭绝。这是地球古生物史上最大规模的物种灭绝事件，总共约57%的科、83%的属、大约96%的海洋生物的种、约70%的陆地生物灭绝。

然而像以往一样，那些幸存者依然继续着生命的进化历程。比如一种长着獠牙的哺乳类动物幸存了下来，并有过一段繁盛时期，但它很快就被奔跑的鳄鱼所取代;海里出现了海洋爬行类物种、身披盔甲的鱿鱼和菊石等，它们的种类形态五花八门。

在距今2.08亿年前的三叠纪-侏罗纪过渡时期，地球大陆开始裂开（也有观点认为是陨石坠落） ，形成了未来成为大西洋的岩浆海洋，有毒害的气体弥漫全球，影响遍及陆地与海洋，造成第四次生物大灭绝。这次灭绝事件历时很短，不足一万年，也正是这次灭绝事件，给未来的恐龙提供了广阔的生存空间，使得恐龙成为侏罗纪时期的优势陆地动物。

恐龙这种大型脊椎动物，最早出现在约2.25亿年前的三叠纪晚期。三叠纪-侏罗纪过渡时期海洋生物多样性呈爆发式增加：鱼类在珊瑚礁聚众;螃蟹、魟鱼和其他有强力牙齿的鱼类出现，咬碎贝壳，导致了掠食者与猎物之间的竞争。与此同时，哺乳类动物出现了一些看上去很现代的本领，比如开始爬树或飞行。无论是陆地还是海洋都发生了很大的生态变革。

然而，约6500万年前的白垩纪晚期，一颗小行星与地球发生了大碰撞，撞击了墨西哥湾，并可能诱发了地球另一端印度火山群爆发，导致大量有害物质飘入大气层，有害物质遮云蔽日，使地球表面温度降低、植物死亡，食草食肉的生物链断裂，几乎所有的大型陆生动物都没能幸免于难，75%～80%的物种灭绝，而这就是大家熟知的第五次生物大灭绝。

地球生物史

第五次生物大灭绝后，一些小型的陆生动物如哺乳动物从灰烬中勉强熬过来，在极端酷热下体型先是变小，之后则一路变大。陆生脊椎动物再次回归大繁荣。

是危险也是机遇

事實上，地球上的生物灭绝次数远不止5次，以上这些是最大的几次。

造成生物集群灭绝的可能原因有很多，如星体撞击地球、火山活动、气候变冷或变暖、海进或海退（海平面上升或下降）、缺氧等，但每次生物大灭绝事件都能在短时期内造成80%～90%的物种灭绝，只有少数生命力强或逃逸能力强的物种能够忍受灾变造成的极端恶劣的环境，或逃离灾区避难而留存下来。同时，灾变引起的环境变化也给新物种诞生创造了条件和机遇。大灭绝期间幸存的物种和新生的物种在灭绝事件后开始复苏和发展，并进而开创出生物演化的新篇章，因此每次全球性的生物灭绝事件后，都伴随着生物的复苏和发展。

人类和古生物学

现有的地球物种数量只占已出现过物种数量的1%，人类作为一个不断壮大的千万物种中的一员，是进化史上的大赢家。人类达到了40亿年物种进化的顶峰，而进化过程中那99%的“失败者”没能活到现在——不是死于火灾、水灾、小行星撞击、被捕食，就是死于饥寒交迫或高温，有些物种甚至被物竞天择这一冷酷无情的法则彻底淘汰。

近年来，古生物学蓬勃发展，作为一门与生命科学、地球科学和环境科学的交叉学科，它包括古植物学、古动物学、古生态学、古生物化学和古生物地理学等，与其他学科科技交融，使现在的古生物学家可以利用电脑断层扫描（CAT）、同位素（测年法）、基因测序、数学模拟以及各种数据分析方法更全面地研究各生物门类的系统演化、建立地球演化时间格架，并对古代环境——气候与生物界之间的协同演化关系进行研究。

三叠纪时期，海洋生物多样性呈爆发式增加

物种大灭绝是一种过滤。一个物种的胜出不是偶然事件，这是因为幸存者选择了不同的进化途径。有的令人难以置信地成功了，而有的虽生犹死。这里面还存在何种奥秘？更多的知识仍待我们探究，而这就是古生物学研究的方向。

我们研究古生物学是为了“以古论今看未来”，只要有为数不多的物种存活，生命就会繁衍不息。那些幸运、适应力又强的物种不但会取代已经没落的物种，还会以新的形态胜出，只不过，这要花上几百万年。