地球生命的绝境与契机

地球的生命是如此繁盛。人们对于身边各种各样的生命现象早已习以为常，甚至熟视无睹。尽管我们至今都难以对“生命”给出一个严格的定义，在大多数情况下似乎又能轻易地辨认出“生”与“死”之间的区别——这大约是生命的一种本能。生命似乎无处不在——在墙角下，砖石的缝隙中，在人们的不经意间，总会意外地有各式各样的爬虫或小草出现。哪怕是在光秃秃的绝壁上，荒芜的大漠中，生命现象也总会以人们意想不到的形式出现。

但是当我们把眼光放得更远，就会发现，我们所认识到的所有生命现象，都局限在这颗名为“地球”的行星表面——向下，是炎热的地心；向外，则是空旷的宇宙。这种巨大的空旷、荒芜与荒谬感，难免会让人心生恐惧，也难免会让人开始思索生命的本质、源起，以及未来。

人类认识到自己生活在一颗基本呈圆球状的行星上，围绕着太阳进行着几乎永不停歇的旋转，不过才数百年的时间。等到大致理解整个太阳系的形成，乃至太阳系以及地球的历史，则是更加晚近的事了。根据科学家们的研究，整个太阳系大约形成于45.4亿年前。位于中心位置的恒星太阳，以及围绕着太阳运转的各种行星、小行星、彗星等天体，几乎都形成于同一时间。

在太阳系形成之前，此处随着银河系缓慢旋转的只不过是一团气体和灰尘。其中占气体92%的是氢气，氦气占到7.8%。灰尘中的主要成分是硅酸盐，也有少量的金属物质——在大约146亿年前发生的宇宙大爆炸中产生出了大量氢、氦等元素，而更重的元素则源于之后在恒星内部进行核聚变反应以及超新星爆发的产物，这些形成于恒星内部的物质之后又随着恒星在死亡时发生的超新星爆发进入到宇宙空间中。可以说，在太阳系形成之前的这团气体与灰尘，混杂着宇宙大爆发、后来恒星内部的核反应以及超新星爆发的产物——这些物质之后不仅形成了太阳以及各大行星，更是形成了包括你我在内的所有地球生命的躯体，同时还包含着生物能够维持生命活动的必不可少的成分。

很可能是受到了邻近一颗超新星爆发形成的冲击波的扰动，这一团可能已经在宇宙中飘浮了几十亿年的气体和灰尘，就在大约45.4亿年前忽然聚合了起来。其中的绝大部分——占总质量99.86%的物质聚在一起形成了一颗崭新的恒星——太阳，而剩余的物质则形成了围绕着太阳旋转的其他天体。其中这一颗蓝色星球便是如今宇宙中已知所有生命的唯一家园——地球。

地球生命究竟从何时开始出现？人们很难给出这个问题的准确答案。最初的生命形式必然极其简单、微小，难以辨认，更难以保存。另外因为地球表面不断下陷，随着岩浆喷发和各种地质活动，新的地壳又在不断形成，如今人们已经很难找到40多亿年前地球表面的痕迹。随着地质学家和古生物学家的研究，目前已经发现最早的地球生命的痕迹始于30多亿年前，并且不断在向40亿年前的时间节点逼近。也有科学家的猜测更加大胆——他们认为在地球刚刚形成不久，大约1000多万年之后，当地球表面逐渐冷却下来，有了固态地壳、液态海洋以及大气层的包裹之后，最初的生命形式就在海洋中出现了。地球上关于生命的传奇故事由此开始。

与很多人的想象不同，虽然地球上的生命现象出现极早，但我们若是想要书写关于地球生命的全部故事，就会发现这个故事的铺垫未免太过单调和漫长——在大约整个前寒武纪，也就是从地球形成之后直到大约5.5亿年前——在地球总年龄大约88%的时间里，地球生命的主要形态都是简单的单细胞生物。这些生物并非人的肉眼可见，活动能力也极为有限，只能与外界进行简单的能量交换。在大约40亿年的时间里简单地出生、死亡，以及繁殖。

如果我们画一棵地球的生命之树，那么可以看出这棵树先是花费了大约88%的时间只是生长出一个近乎光秃秃的树干。之后，就在大约5.5亿年前，生命之树忽然开始爆发，变得枝繁叶茂——这便是让地球生命变得多姿多彩的寒武纪生命大爆发（Cambrian Explosion）。但就在生命之树开始变得枝繁叶茂的这几亿年时间里，又有好几次，它被疯狂地砍伐，失去几乎半数的枝干。最严重的一次，也就是在大约2.5亿年前，这棵地球的生命之树失去了95%的枝叶，近乎死亡——这就是地球生命遭遇的最为严重的一次生存危机：二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件（Permian–Triassic Extinction Event）。

我们可以看到，地球的生命之树每遭受一次大灭绝事件的破坏，它的形态都会发生重大转变。在几乎陷入死亡的这次大灭绝事件之后，生命反而发现了新的契机。可以说，之后恐龙时代的来临、哺乳动物的兴起，乃至人类的出现，其实都与其密切相关。

我们简单回顾在数十亿年时间里生命曾经发生的爆发、遭遇的绝境，以及面对的新的契机，是希望能够借此更清晰地看清我们现在的处境。

独一无二的生物大灭绝

主要在地球表面生活的各种生命个体，如果以地球的地质学年龄来衡量，真可以说是“方生方死，方死方生”，生命看上去只是一瞬间的事情。但是以物种延续的眼光来看，生命又在不断地改变着形态和习性，生生不息。生命可能会随着环境的改变而发生进化，也可能因为环境的剧烈变化而发生灭绝，随后再有全新的生命形态出现。虽然人们理解任何生物个体都终将死亡，但要认识到地球生命曾经遭受一系列重大的打击，很多物种因此灭绝，还是经历了一个曲折的过程。

法国古生物学家乔治·居维叶（Georges Cuvier，1769～1832）对于物种发生变化以及发生灭绝的时间尺度并不了解，而且反对生物进化理论[这一观点后来受到了达尔文以及英国地质学家查尔斯·莱尔（Charles Lyell）的批评]，将地球生命历史与《圣经》中的描述相混淆。但他通过研究法国自然历史博物馆中的收藏，在1794年首次提出了物种会发生灭绝的概念。

在达尔文（1809～1882）时代，人们通过地质学研究，认识到了地球生命经历过数次打击。当时人们将其称为第一、第二和第三次生命大崩溃。生物会逐渐发生改变，也会发生灭绝的概念逐渐开始被人们所接受。最终人们才开始意识到，生物的进化与灭绝，新物种的不断出现，都是在地球上同时进行的过程。

通过地质学家和古生物学家的研究，逐渐确定了自寒武纪大爆发之后，地球生命经历过至少5次大灭绝事件，分别是奥陶纪－志留纪灭绝事件（Ordovician–Silurian Extinction Event，发生在距今4.45亿～4.43亿年前之间）、泥盆纪后期灭绝事件（Late Devonian Extinction，发生在距今3.75亿～3.6亿年之前之间）、二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件、三叠纪－侏罗纪灭绝事件（Triassic–Jurassic Extinction Event，发生于大约1.99亿年前），以及白垩纪－古近纪灭绝事件（Cretaceous–Paleogene Extinction Event，发生在大约6600万年前）。在古生物学研究中，大多数人认为发生过以上5次生物大灭绝，有学者认为至少发生过6次生物大灭绝，也有学者认为我们所生活的时代正在发生第六次生物大灭绝。这些大灭绝事件发生的原因各有不同，有的是因为大陆板块的活动，有的是因为火山运动导致的极端气候变化，有的则是因为来自天外的小行星的撞击。但是从发生的时间来看，似乎又具有某种周期性。

在寒武纪大爆发之前有没有发生过大灭绝事件？人们现在很难给出确切的答案。一方面，寒武纪之前距离现在太过遥远，进行古生物学研究的难度极大，另一方面在这之前数十亿年的时间里地球生命主要是单细胞生物和软体生物，难以留下化石证据，也就更难寻找其曾经遭受过大灭绝事件的记录。不过根据一些科学家提出的“雪球地球假说”（Snowball Earth Hypothesis），地球在大约7亿多年之前曾经经历过极端低温的气候，全球几乎都处于冰冻状态，一直持续到接近寒武纪。在这种状态下，生命只可能在极其特殊的环境中存在。不过至今还没有切实的证据支持这个假说。

让我们把目光收回到5.5亿年时间之内。即便是在这数亿年里发生过的屈指可数的几次大灭绝事件中，大约2.5亿年前发生的二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件也显得尤为特殊和惨烈。所谓“二叠纪”（Permian），是英国地质学家罗德里克·麦奇生（Roderick Murchison）于1841年在对二叠纪的研究过程中以位于乌拉尔山西麓的俄罗斯城市彼尔姆（Perm）而命名。而“三叠纪”（Triassic）则是在1834年由德国地质学家弗里德里希·冯·阿尔伯提（Friedrich von Alberti）因为北欧地区沉积岩的三个特征地层而命名。其他的大灭绝事件至多导致50%～60%地球生命的灭绝，而二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件则导致了大约95%生命的灭绝，这几乎让地球变成了一颗死亡星球，幸存下来的生命更是花费了大约上千万年的时间才得以逐渐恢复。

这次大灭绝事件也成为地球古生代（Paleozoic）与中生代（Mesozoic）的分界线。因为年代久远，人类想要理解这次地球生命经历过的最大危机也并非易事。二叠纪－三叠纪之交生物大灭绝事件仍然是一个重要的学术问题。至今为止人们对它的理解仍然远不充分，谜题也远多于共识。布里斯托大学的古生物学家迈克尔·本顿（Michael Bneton）在《当生命几乎灭绝》（When Life Nearly Died）一书中写道，当他在20世纪70年代还是一个古生物专业的学生时，他发现学术界常常充斥着各种各样的，甚至是截然相反的观点。至于哪种观点会最终胜出，往往要取决于新发现的证据。在当时，甚至关于在大约2.5亿年前是否发生过生命大灭绝事件都属于一个被热烈争论的话题。

进入到20世纪90年代，虽然当时古生物学界对于二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件确实存在已经基本上达成了共识，但是这次事件对于地球生命，尤其是海洋生命和陆地生命究竟造成了多大程度的破坏，学界依然所知甚少。至于这次事件的起因，更是有着许多截然不同的看法。

相对于地球的地质学年龄来说，这次大灭绝事件的发生似乎颇为突然，持续的时间也很短暂，那些动辄需要数十万年、上百万年的可能因素也就迅速被古生物学家们排除掉。能在短时间内迅速改变全球气候，造成生命大规模灭绝的因素，主要被限定在“火山活动引发全球气候变暖”以及“小行星撞击造成物种灭绝”两者之中。

“小行星撞击说”最初占了上风。这可能主要是因为当时人们已经基本确定，在大约6600万年前造成非鸟类恐龙灭绝的白垩纪－古近纪灭绝事件，也就是最近发生的一次灭绝事件，是由一颗小行星的撞击所引起。在6600万年前的这次小行星撞击，造成了地球上大约60%生物的灭绝，其中最为著名的就是非鸟类恐龙的灭绝。

当时人们基本上已经确定了，20世纪70年代在墨西哥尤卡坦半岛发现的希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub Crater）便是当初造成恐龙灭绝的小行星撞击所留下的痕迹。如果是类似的原因造成了二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件，那么进行撞击的小行星恐怕要比造成恐龙灭绝的小行星更大——这样的撞击力度相当于上百颗核弹同时爆炸，足以在一夜之间造成全球气候的改变。

接下来的问题就在于找到那颗在大约2.5亿年前，以前所未有的力度撞击地球的小行星所留下的印记了。一时间很多地质学家都给出了自己的答案，就连美国航空航天局（NASA）都曾经发布新闻，声称发现了当初小行星撞击的痕迹。不过这些可能随后被一一否定，人们至今也没有发现与这次大灭绝事件相吻合的撞击坑。

随后根据地质学家的进一步研究，认为二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件持续了大约6万年（不同的学者对此有不同的观点，认为这次大灭绝时间持续了从3万年到8万年不等）——这个时间长度就很难用小行星撞击的单一事件来解释了。另一方面，加州大学伯克利分校的地质学家保罗·伦内（Paul Renne）在1991年确定了西伯利亚玄武岩形成的年代与二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件发生的时间相同。在进入到21世纪之后，认为是当时极端火山活动造成气候变化的观点开始占据上风。从此之后，一个源于极端火山活动造成的大灭绝事件的线索开始逐渐被学术界所接受。

可以说，时至今日，人类对于这场地球生命历史上最重要事件的研究仍然远远不足。在近30年的时间里，地质学家和古生物学家们仍然希望厘清这场生物大灭绝发生的具体过程、发生的具体时间，以及所持续的时间。随着不断有新的化石或是地质学证据出现，各种各样的观点也不断涌现出来。

从目前各种地质学证据来看，这场始于大约2.52亿年之前（事件发生的具体时间在学术界中还有争论，从2.512亿年前到2.519亿年前都有提及），在二叠纪末期爆发的大灭绝事件是在几乎毫无征兆的情况下忽然发生的。在这次大灭绝事件发生之前的数万年时间里，从化石证据来看并没有任何特殊的迹象。海水温度与大气二氧化碳的浓度也没有发生大规模的改变。这也就让这次令地球生命几乎灭绝的事件显得格外惨烈。

根据目前已经发现的种种线索推测，这场大灭绝事件的最初起因很可能是地球上发生过的一系列最为剧烈的火山活动——源于现在俄罗斯西伯利亚地区的火山活动，致使大量岩浆涌出地面。根据研究人员估算，有数百万立方公里的岩浆涌出地面，足以在西伯利亚平原上形成一层几公里厚的玄武岩。而随着岩浆一齐突破地壳到达地面乃至进入大气层的，还有大量的温室气体。

这种岩浆喷发现象不同于常见的岩浆从火山口喷薄而出，而是被称为洪流式玄武岩喷发（Flood Basalt Eruption）——岩浆如同帘幕一样从线状的地壳裂缝中喷发而出。这种现象常发生在裂谷地带。当地壳出现裂缝，大量的岩浆便突破地壳直接喷薄出来。爆发于西伯利亚的这次洪流式玄武岩喷发，岩浆如同洪水一般不断从地底涌出，遍布整块大陆，逐渐堆积起几公里厚的岩层。

少有人见识过洪流式玄武岩喷发。在英国广播公司制作的纪录片《地球几乎死掉的那一天》（The Day the Earth Nearly Died）中提到，1783年，在冰岛的拉基（Laki）地区，一次相对小规模的洪流式玄武岩喷发就改变了北半球的气候。当时的美国驻法国大使本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）记录了那次事件：“天空被火山灰遮蔽，整个夏天太阳都显得不耀眼，8月就开始下雪，这个冬天（1783～1784）则是记忆中最糟糕的一个冬天。”欧洲的整个冬天都在从天空中降下棕色的雪花，这种状况一直延续到第二年夏天。这一整年反常的天气当然也不止影响了欧洲，还波及了美国和中国。

在2.5亿年前发生的那一系列洪流式玄武岩喷发，给地球带来的影响则是毁灭性的。首先，火山灰遮蔽了阳光，地球表面温度开始下降。每次火山爆发都足以造成持续数十年的全球温度下降——这种效应与如今人们设想的“核冬天”非常相似。而在火山爆发引起全球温度下降之后，是一个漫长的、可以持续数千年的升温过程。更为严重的是，由火山爆发所引发的一定程度的升温，又触发了进一步的升温。地球陷入到一个致命的正反馈过程之中，升温过程不断地加剧，最终酿成了这场独一无二的大灭绝事件。

生命的毁灭与复苏

科学家们通过模型计算这次源于西伯利亚的火山活动对全球气候造成的影响，会发现它使得海水酸化，海水温度平均升高了5摄氏度——升温的幅度虽然巨大，但是尚不足以造成生物大灭绝。问题在于，在这一系列事件之外，另一个关键因素随之被触发：在接近大陆的海床中，储存着大量的甲烷。这些原本以固态形式储存在海底的物质随着海水升温而变成气态，被释放到大气层中。虽然同属温室气体，但甲烷留置热能的能力是二氧化碳的23倍。通过这个正反馈效应的触发，大量气态甲烷进入到大气中，造成全球进一步变暖，海水温度因此总共升高了10～15摄氏度——这个变化足以造成海水失去80%以上的氧气，在深海区域几乎完全没有氧气了，大量海洋生物随之死亡。

海洋平均温度升高，对于不同区域的海洋生物的影响并不相同。人们之前认为海水升温对热带区域的海洋生物打击最大，但是气候和生物模型的模拟研究显示，远离热带区域，对氧气含量变化最为敏感的海洋生物受到的打击才最为严重。这些生活在高纬度区域的海洋生物几乎完全灭绝，生活在热带区域的一部分海洋生物却得以幸存。

斯坦福大学的地质学家与古生物学家乔纳森·佩恩（Jonathan Payne）与合作者们对二叠纪晚期的生物化石分布进行研究，希望可以了解在大灭绝事件发生之前海洋生物的分布情况，以及在灭绝事件发生之后哪些生物灭绝了，哪些幸存者则被限制在一个有限的区域之中。

他们得出的结论与模型相似。生活在高纬度区域，尤其是极点附近的海洋生物受到的打击最为严重。之前在热带生活的海洋生物已经适应了相对高温的海水以及低氧环境。在海洋环境发生变化之后，它们还可能离开温度过高的热带区域，寻找与自己之前生活环境相似的区域，但是对于那些生活在温度较低、含氧量较高的区域的海洋生物来说，海水忽然大幅升温所造成的结果就是毁灭性的。

总体而言，海洋生物的大规模灭绝其中大约有一半原因在于海洋中氧气的减少，而海水酸化以及进行光合作用的生物产氧量的变化则让海洋生物的灭绝更加严重——当时呈酸性的海水对于海洋中石灰岩造成的腐蚀作用至今仍然可见。

这次史无前例的大灭绝事件对陆地生物又造成了怎样的影响呢？相比于海洋生物，陆地生物的痕迹更不容易被保存下来，现在能够发现的化石资料更加不完整，人们也就难以形成一个全面的认识。布里斯托大学的迈克尔·本顿教授回忆说，当他在大约30年前开始研究这次大灭绝事件时，还有人告诉他，这次事件完全没有造成陆地动物的灭绝。但是随着研究的深入，他发现陆地动物确实也发生了大规模的灭绝。

目前人们对于大灭绝事件的普遍描述为“海洋生物灭绝了95%左右，陆地生物灭绝了70%左右”。但本顿认为这两个数字的差异很可能是因为目前人们还没有关于植物和昆虫方面的完整数据。陆地生物与海洋生物的灭绝很可能是几乎同时发生，受到的打击程度也很可能是相同的。

陆地生物和海洋生物的灭绝事件也相互联系。酸雨落入海中会造成海水酸化，而落在大陆上的酸雨则会造成森林的大面积死亡，依赖森林生存的昆虫相应也会大规模灭绝。正因为如此，在这次大灭绝事件结束之后大约1000万年的时间里，地球上都没有森林存在，也因此形成了一个“无煤期”（Coal Gap），在海洋中也相应地有“珊瑚礁空缺”（Coral Gap）。陆地上的森林和海洋中的珊瑚，都花费了1000万年左右的时间才逐渐恢复。

陆地与海洋之间的相互作用，又使灭绝事件加剧。本顿这样描述当时陆地与海洋之间的关系：“因为没有任何树木，在酸雨的作用下，大陆表面大部分的土壤都被冲刷走了。所以当时在很多地方既没有土壤也没有植物，只有光秃秃的石头。被冲刷走的物质都进入了海洋，这也就是在二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件中陆地和海洋发生关联的部分。在二叠纪、三叠纪交界的时候，如果我们观察与大陆临近的浅海区域，会发现大量从陆地上冲刷下来的土壤和有机物，包括很多的树木和沙土。最终这些物质让浅海区域变得非常泥泞和浑浊。而在浅海区域有很多海洋生物，它们依赖过滤海水中的营养物质生活。当海水变得浑浊泥泞之后，它们就无法继续在这种环境中生活。”

因为当时地球上的大陆是一个名为“盘古大陆”（Pangaea）的整体，在其中心位置可能存在大面积的沙漠，环境本来就相对恶劣，在极端气候之下也可能进一步加速陆地生物的灭绝。

在不同的地理位置和地质条件下，这次大灭绝事件在地层中留下的痕迹有所不同。在中国，浙江煤山的岩层中留存了在大灭绝事件发生前、发生之中和发生之后的化石记录，其中在大灭绝发生过程中的化石记录仅仅有30厘米的厚度；而广西蓬莱滩的岩层中，记录这次大灭绝期间的化石厚度则达到27米。

经过这次前所未有的“大死亡”（Great Dying）事件，地球的生态系统完全崩溃，而幸存下来的生物则发现了前所未有的契机。此前在陆地上占主宰地位的合弓纲（Synapsid）以及海洋中的三叶虫（Trilobite）被灭绝。如今人们也只能在自然历史博物馆中看到状若海中蝎子的板足鲎目（Eurypterida）留下的化石。而滑体亚纲（Lissamphibia）、喙头目（Rhynchocephalia）等动物开始出现，包括恐龙在内的主龙类（Archosaur）动物也开始登上舞台，这标志着恐龙时代的开始。在这次大灭绝事件中幸存下来的半爬行半哺乳动物“水龙兽”（Lystrosaurus）也成为后来世界上所有哺乳动物的祖先。

在经过了这次大灭绝之后，生物变得更迅速、更强壮，摄入的能量也更多。因为陡然出现了巨大的生存空间，生物开始了一场捕食者与被捕食者之间的“军备竞赛”。生命在度过了这次巨大的危机之后，具有了一种更加现代，也更生动的形象。但大灭绝事件并未就此结束。三叠纪以一次大灭绝事件开始，也以一次三叠纪－侏罗纪灭绝事件结束。之后，距今最近也是最为知名的白垩纪－古近纪灭绝事件则造成了非鸟类恐龙的灭绝。

在二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件之后，地球又花费了数百万年时间才再次形成了稳定的碳循环。如果只关注过去几千年的地球气候历史，人类很难充分意识到无节制地排放温室气体对于气候可能造成的影响。深入细致地研究这次大灭绝事件，则可能让现代人得到足够的警示。现代人无节制地排放温室气体，会对后人造成极大的影响。气候模型显示，如果人类的碳排放量没有改变，那么到2100年，海水暖化的效果将会达到二叠纪末期海水升温的20%，到了2300年，则将会达到二叠纪末期海水升温的35%～50%。出于同样的机制，生物大灭绝事件有可能再次发生。

回顾这几次给地球生命造成重大影响的大灭绝事件，它们在发生之前往往并没有预兆，持续的时间相对来说也不算长，往往在几万年甚至是数千年的时间里就给地球上几乎所有的生物带来灭顶之灾。当环境忽然发生剧烈改变，大多数生物完全没有机会进行适应，只能选择逃亡或是灭绝。

无论是在大约5.5亿年前发生的寒武纪生命大爆发，还是之后的数次大灭绝事件，尤其是最为严重的二叠纪－三叠纪之交大灭绝事件，人们对其研究得都还不够充分。除了确定这些事件确实发生过之外，它们带给人类的谜题要远超公认的事实。而即便是现在学术界公认的结论，未来仍然可能被新发现的证据所动摇或改变。

想要理解一切，是人类的天性。人类希望理解生命的本质，理解地球生命发展的历程，这可以说是人类所面对的最大的谜题。探索地球生命，其实与人类进行太空探测，想要理解整个宇宙的历史有相似之处。在宇宙中，时间转化成了空间。想要观察宇宙的开端，就要利用各种望远镜来收集来自上百亿光年之外的信息；而在对生命的追寻中，时间化作岩石。想要探寻在某段地质时期发生的故事，就需要寻找生命在岩石中留下的痕迹。

相比之下，探索地球和地球生命的历史，恐怕要比探索宇宙的历史更加困难。在岩层之下，太多的痕迹已经无迹可寻，太多的故事已经不可查考。以个人数十年至多百年的生命长度，想要去理解动辄在百万年乃至千万年时间里发生的故事，更是需要将想象力发挥到极致——这一切，可能都是人类想要理解自己、理解生命本身的必经之路。