地球生命简史

刘金宇　王宝鹏

一花一鸟，你与我，皆是生命。这多姿多彩的生命让地球充满活力。身处食物链的最顶层，人类时常自诩地球的“主人”。但你我是否想过，地球在长达46 亿年的演化史中，拥有过哪些生命？最初的生命从哪儿来？又长什么样？如今，科学家已经找到很多破解这些问题的方法。本期我们一起探索生命的奥秘吧！

地球新生

很久以前，一颗古老的巨型恒星发生爆炸，产生了由气体和尘埃组成的星云。数百万年后，也就是46 亿年前，这些星云在万有引力的作用下汇聚、旋转，形成了太阳和它的行星系统，地球就是行星中的一员。

频繁的陨石撞击使年幼的地球积蓄了大量热能，地表岩浆的剧烈活动使甲烷、氢气和水蒸气等不断从地球内部逸散出来，形成了原始大气。

漫长的时间过后，地球逐渐冷却下来。大气中的水蒸气变为一场大雨，地表几乎全部成为海洋，为生命的诞生做好了准备。

澳大利亚皮尔巴拉地区35 亿年前的微生物化石（Schopf，1993）和现代蓝藻，两者很像

生命的第一抹曙光

常言道：“水是生命之源。”可是，只有水还是不够的。生命必需的蛋白质、遗传物质等从何而来？目前，科学界还没有定论。

一些人认为，生命是以孢子或其他形式从太空来到地球的；另外一些人通过实验发现，早期大气的组分在闪电、太阳粒子等作用下，能在海洋中形成“生命培养汤”，其中就包括氨基酸等物质。

迄今为止，大家公认的最原始的生命形式是原核生物，可靠的证据源于澳大利亚西部地区的化石记录。

澳大利亚鲨鱼湾的现代叠层石，数万年后，它们也会变成上图中的样子

澳大利亚皮尔巴拉地区35 亿年前的叠层石（Grey et al.，2002 ；Reitner et al.，2011）

在大约35 亿年前形成的叠层石中，仅微米级大小的生命留下了有机质壁和类似现代蓝藻的形态。那时，数以万亿计的它们在水中联结并黏附周围的泥沙，如此往复建造出一个个小丘—— 叠层石，成为史上最成功的生命形式。

“真核”初见

蓝细菌的出现开创了光合作用的先河，给未来近十亿年的大气带来质变。大约25 亿—23 亿年前，大气中的氧气含量明显增加，一度超越现代水平。

大氧化事件推动了原核生物的进步，在20 亿年前催生出新的生命形式—— 真核生物。它们依赖氧气生存、通过细胞核传宗接代，生殖方式的革新推动着它们的后代朝着多样性增加、多细胞的方向前进。历时10 多亿年后，原生动物登上舞台。

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光合作用是指蓝细菌、植物等利用太阳的光能，将水和二氧化碳转化为有机物，并释放氧气的过程。这一过程在生命演化史中多次起到重要作用。

蓝田生物群（袁训来等，2012）。包含丛状、扇状的藻类和一些带触手的动物

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地球上的陆地曾经连在一起，组成了一个超级大陆，它经历了数次分分合合，才到了现在七大洲的位置。

庙河生物群（Wang et al.，2021）。以藻类化石为主

瓮安生物群（Xiao et al.，1998）。很像分裂中的胚胎，可能是一種已经灭绝的生命形式

变革的序幕

8 亿年前，地球开始发生剧变。超级大陆逐渐解体后，整个地球几乎全都进入冰封状态，而这没有终结生命的演化进程，反而促成了一场大变革！接连出现的生物群为它提供了写照。

6 亿年前的今安徽蓝田、湖北庙河、贵州瓮安生物群重现了当时的藻类、疑源类和动物胚胎；到了5.6 亿年前，埃迪卡拉动物群却是一群造型奇特的宏体动物；5.5 亿—5.41 亿年前，今湖北石板滩和陕西高家山生物群已经拥有骨骼、对称体形，以及攻守、取食的行为。这些早期生命的进化尝试已经初见成效，离我们熟知的样子越来越近。

高家山生物群中的管状化石，是动物栖居留下的遗迹（ 华洪等，2020）

变革的主幕（5.41 亿—5.2 亿年前）

前文提到的历史不经意间已划过40 多亿年，“寒武纪生命大爆发”一声鸣响，最精彩的一幕即将到来。

寒武纪引领了显生宙这个岩石中常出现宏体生物化石的时代。除了你我熟悉的三叶虫外，在当时的小壳化石生物群及今陕西宽川铺、云南澄江、贵州凯里、湖北清江生物群中，还有长着硬壳的小壳动物、巨大的奇虾、长着五只眼的海蝎、以海口鱼和昆明鱼为代表的原始鱼类。

这段历史奠定了之后数亿年的生物门类。生物开始用骨骼和武器武装自己，第一条吃与被吃的食物链也产生了。

寒武纪的生物群（Masato Hattori 绘制）

志留纪生物。海蝎成为海洋霸主，并和蕨类植物一起探索登陆，有颌鱼类开始出现

然而，伟大的生命也在不断寻求改变。节肢动物海蝎抓住这次灭绝的良机，在志留纪以出色的游泳技能打败角石成为霸主。它们中的一部分更是走向陆地，成为蜘蛛的祖先。盾皮鱼无力抗衡，却创造出“颌”这个捕食利器。一些腕足类、珊瑚类和层孔虫等小动物逐渐在海洋中繁盛起来。

大爆发后的生命演化并非一帆风顺。古生物学家通过统计发现，在显生宙曾经出现过多次生物多样性减少的事件——“灭绝”事件。其中最突出的当属“五大灭绝”。

第一次大灭绝：奥陶纪末（4.45 亿—4.43 亿年前）

奥陶纪初期的海洋非常热闹。头足动物角石以10 米长的体形加冕霸主，三叶虫不得不以巨型化的方式顽强抵抗，笔石在水中漂荡，甲胄鱼开始穿上头甲，浅海藻类初尝登陆的滋味……

奥陶纪末期，全球冰川的大规模形成与消融导致海平面发生急剧的升降变化，浅海动物因为无法承受生存空间的剧烈波动而大量死亡，导致了第一次大灭绝。80% 的物种没能幸免。

奥陶纪生物（Shutterstock 绘制）。巨大的18 角石和三叶虫，使甲胄鱼显得很

笔石的尸体在石头上如同笔迹，因而得名“笔石”

第二次大灭绝：泥盆纪晚期（3.76 亿—3.59 亿年前）

卷起身体的菊石游得更快，可以躲避盾皮鱼的攻击。一些鱼类开始尝试登陆，学会了两栖生活。

泥盆纪时期，鱼类以无敌的咬合能力迎来了属于自己的时代。那时，盾皮鱼以庞大的躯体雄霸一方，阴影下的硬骨鱼以鳍为腿，意外学会了两栖生活，变成四足动物鱼石螈。这般情形下，旧主角石不得不蜷曲自保，成为更加灵巧的菊石。海底的腕足动物安然享受着珊瑚礁的庇护。

陆地上的裸蕨植物大放异彩。然而，由于它们的光合作用消耗了大量温室气体—— 二氧化碳，地球逐渐变得寒冷起来，终在泥盆紀晚期酿成了第二次大灭绝，包括无颌鱼、盾皮鱼、笔石等在内的70% 的物种没能挺过漫长的寒冷，温暖海洋中长成的珊瑚礁也近乎完全毁灭。

泥盆纪生物（Masato Hattori 绘）

第三次大灭绝：二叠纪末—— 地球末日（2.52亿年前）

石炭纪至二叠纪早期，蕨类植物竞相冲天，成为连绵的雨林，为“巨虫时代”创造了温床。节肢动物中，2 米长的马陆、70 厘米宽的蜻蜓成为佼佼者。由两栖动物演变的爬行动物逐渐适应了脱水环境。

然而，雨林中的巨量氧气输出也成为自己的助燃剂，大片石松倒伏在闪电引发的大火中，3 亿年后成为今天的煤炭。二氧化碳的大量消耗使气候再度转为干冷，雨林退缩为沙漠绿洲。耐旱的裸子植物取代了蕨类植物，爬行动物顺势成就了“巨兽时代”。海洋中，鲨鱼成为霸主。温暖的浅海成为钙藻、（tíng）类、腕足类动物的天堂。

不承想，这一切都在地球深部的暗流涌动中发生。二叠纪末期，火山岩浆在地表数百万平方公里的范围内喷发，严重污染了天空和海水，95% 的海洋物种和75% 的陆地物种遭受了灭顶之灾，成为有史以来最严重的灭绝事件。

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（虫＋筵），又名纺锤虫，是一种形似米粒的单细胞原生动物。生活在水深100 米左右的热带或亚热带浅海中，仅出现在石炭纪至二叠纪。

第四次大滅绝：三叠纪末（2 亿年前）

三叠纪初期，大灭绝事件的幸存者接管了重建家园的使命。爬行动物中，水龙兽躲过灾难，可没过多久就被主龙类取代；另一部分则重返海洋，建立起鱼龙王国。一场百万年的大雨过后，裸子植物重新织就了森林。

三叠纪生物（Brian Choo 绘）

三叠纪生物（Mohamad Haghani 绘）

不巧，到了三叠纪末期，又一次超大陆的解体使地表再度发生大规模火山爆发，污浊的空气和海水严重威胁了爬行动物和头足动物的生存，造成了第四次灭绝事件。在这番颓势中，恐龙躲过了劫难，而它原来只是主龙类中的一个小角色。

侏罗纪生物（Bizleyart.com）

侏罗纪生物（Nikolay Zverkov 绘）

Lb58pFGe7nUhnNi6GprZDg==白垩纪生物（Masato Hattori 绘）

第五次大灭绝：白垩纪末（6 576 万年前）

侏罗纪至白垩纪时期物种持续繁盛。陆地上，异特龙、霸王龙、角龙依次接管了“恐龙王朝”的王位，被子植物逐渐取代了裸子植物。一些恐龙化羽毛为冲天利器，变为鸟类，翱翔天空。海洋中，爬行动物王国仍在延续，虾、蟹和硬骨鱼类成为它们的食物。

白垩纪末期，一颗直径10 公里的陨石撞向地球，巨大的能量撼动了大地，溅起的烟尘阻隔了阳光，地球再度陷入寒冷。“恐龙王朝”轰然倒塌，菊石动物永远消失，第五次灭绝载入史册。

犬齿兽在洞穴中注视着这一切，它们的哺乳行为和胎生能力为它们的翻盘埋下伏笔。

白垩纪末小行星撞击地球（Richard Bizley 绘）

古近纪至新近纪时期，大陆漂移至现在的位置，世界屋脊改变了全球气候。森林让位于草原，被子植物日益繁盛。哺乳动物中，马科、鹿科、牛科脱颖而出，有些也上天、下海成为蝙蝠、鲸等。新近纪末期，东非草原上的灵长类逐渐习惯了直立行走。海洋中，巨齿鲨成为霸主，有孔虫、双壳动物获得海底世界的统治地位。

我们正处的第四纪充满冷暖交替。几万年前，末次冰期打击了猛犸象、披毛犀等巨兽。人类祖先耐受住了气候的考验。按照“走出非洲假说”，180 万年前，直立人种从非洲走向今云南元谋、北京周口店等。30 万年前，智人在非洲诞生，人类的故事从此传遍世界。

回望恢宏的生命演化史，人类的出现演绎着当今地球“适者生存”的精彩故事。但无论从时间，还是从空间的尺度来看，人类都是渺小的。历史告诉我们，越是高级的霸主，越是难以永生，即将影响人类的第六次生物灭绝或许只是时间问题！

几百年来，人类的智慧改变了地球的面貌，引发了不少生态危机，这无疑加速了人类灭亡的进程。我们应当认识到，人类自诩“主人”未免是自大的。作为地球的一分子，我们应该敬畏生命、敬畏自然，成为地球的捍卫者。