歷史連載——地球生命演化歷程(3)

2020-12-04 大黍聊歷史

「地球是生命的搖籃,人類是地球的嬌子。終有一天,人類必將長大,走出搖籃,飛向浩瀚的宇宙。」

孩提時的我們,可能都曾聽老師朗誦過這類極富想像力的語句,能夠靈活運用這樣的句式,作文往往就可以拿高分。

其實,早在地球生命誕生之初,這種走出襁褓,奔向更廣闊世界的創舉就已經在海底發生了。伴隨著進化的腳步,生命體逐漸將自己的領地從海洋延伸向陸地、天空,直至地球大氣層的外緣。

這一切都是在生命體自身屬性與其周邊外在環境兩者間億萬年的相互作用下發生的,並不需要什麼超自然力量的刻意引導。生命體在環境條件的篩選下,原本隨機出現的無序變異經過無數代的定向累積,便逐漸顯現出高度的精確性與合理性。

說得再具體一些,就是生命體從最初的多分子有機聚合物形態一步步演化成具有較為完整的組織結構形態和相應功能的生命粒子,最終進化出擁有封閉自身結構的生命體——原核生物。

原核細胞生物

原核生物擁有細胞壁,細胞中央含有核物質,卻還沒有完整的細胞核。原核細胞生物利用細胞壁將自身打造成一個與外界相對隔絕的小環境,可以屏蔽大量外界因素的幹擾,從而極大地提高了生命體的生存能力和環境適應能力。

生命體演化到原核細胞形態時,已經與非生命物質徹底劃清了界限。雖然演化過程中的每一步都嚴格遵循有機化學的基本規律,但這種建立在海量隨機偶然基礎上的最終必然,我們哪怕能夠明了其中的作用機制,但以現有的科技能力,卻仍然無法真正還原細胞生命形成的完整過程。

前文還曾提到過,任何細胞生命體的細胞內部環境都是流動液態的,這實際是對原始生命體最初所處生存環境的維持。億萬年來,有機生命的生存領域在本質上始終都是如一的。

而原始生命體最初的生命活動,是通過與周邊液態環境中的游離物質粒子直接發生化學反應來實現。當生命體演化出細胞結構後,這些化學反應就轉為在內部小環境中進行,依靠液體的流動輸入反應所需原料物質並輸出反應生成後的廢棄物質,這便是細胞生物的新陳代謝機制。

這一機制無疑是極其合理的,因此一經形成,便被所有細胞生物沿用至今。而且我們有理由相信,有機生命體的很多基本特性自其誕生之初便已確立,不管生命體如何進化,這些特性都將被維持下來。

甚至生命的進化現象,本身也只不過是為了在不斷變化的外部環境中,尋找到更理想的方式去維續那最初最基本的生命本徵。

原核細胞生物已經具備了較強的自身結構穩定性和環境適應能力。理論上應該可以就此開拓出巨大的生存空間,並快速發展出豐富的生物多樣性。

而事實卻並非如此,冥古宙的地球實在不是一個宜居的星球,生命體朝前邁出的每一步都是異常艱辛的。當生命體演化出細胞結構,將生存空間拓展到遠離海底熱泉的區域時,它們首先遇到的第一個問題就是能量的匱乏。

冥古宙時期的海水中的游離物質雖然不少,但相對於熱泉周邊的環境而言,仍顯得極端貧瘠。不過依託兩者間天文數字般的體積比,海洋中的游離物質總量還是遠比熱泉周邊要多得多。

但熱泉環境中除了物質充裕外,還蘊含著大量的熱能。熱能與化學能在一定條件下是可以相互置換的,而最初的生命體自身結構是開放式的,且生活在熱泉附近,因而憑籍周邊充沛的熱能便可以輕鬆完成各類生命化學反應。

當原始生命體演化出細胞結構時,直接利用環境中的熱能就變得不那麼容易了。於是一些原始細胞生物演化出新的維生方式,它們利用吸收海水中的CO2與H2粒子在體內進行生成甲烷的化學反應,通過獲取反應釋放的化學能來維持生命。

不過海水中蘊含的可提供能量的物質粒子畢竟有限,且補給並不穩定,這嚴重製約了生命體的發展。一些原核生物由此演化出吞噬功能,

依靠直接吞噬其它生命體以獲取營養物質,生物界的弱肉強食現象自此誕生。

細胞吞噬

同樣從這個角度來看,那些誕生於冥古宙的最早的生命體又是非常幸運的。當原核生物開始向海洋各處擴散時,它們所面對的還只是一個有危機而無殺機的荒蕪世界。而直到今天,海底熱泉依然存在,仍有可能不斷生成一些具有演化出生命體潛質的聚合體。但地球的每個角落都已充斥著大大小小的各類生物,海洋、陸地、天空全成了萬物競生的角力場,那些新形成的生命聚合體基本上已再無繼續演化的可能。

遙想千萬年以後,當人類終於掌握了充足的科技知識,開始滿懷憧憬地大規模向宇宙深處挺進時,說不定也會不斷遭遇星際劫掠者的大肆侵擾狙擊。而這些長得如八爪魚、大水母般奇形怪狀的太空強盜極有可能並不是什麼外星生物,反而全都是由早期移民外太空的地球人類的後代在失重環境中逐漸演化而成。一想到這一幕,就讓人覺得挺糟心的。

這樣的劇情在漫長的生命演化史上曾反覆上演,那麼在未來時代到底會不會繼續出現呢?咱們人類是否有能力設法杜絕這樣的情況發生呢?這些問題咱們留待以後再討論,在這裡還是接著介紹地球生命的早期演化歷程。

當一些原核生物依靠較完備的自身構造和全新的物質能量獲取方式,成功擺脫對海底熱泉的依賴,開始向海洋深處擴散時,還有一些生命體則另闢蹊徑,選擇以寄生的方式同樣實現了種群的擴散。

寄生生命體依靠宿主細胞內的營養物質維持生存,往往會給宿主造成嚴重傷害,甚至導致宿主死亡。但倖存下來的宿主的後代則會慢慢演化出抵禦寄生者的能力,又或者經過無數代的博弈,二者最終實現和諧共生。

在長期的共生狀態下,有些寄生體會逐漸演化為宿主細胞的某一器官,如之後出現的真核細胞生物體內的線粒體,就很有可能是由某種寄生體演化而成。還有些寄生者的遺傳基因片段甚至會融入宿主的遺傳基因序列當中,從而與宿主共同演化出新的變異後代。比如我們人類的遺傳基因中,就有不少片段被科學家證明是來自於進化歷程中曾感染的某些古老病毒。這類不走尋常路的演化現象不斷發生,,從而令物種的變異演化機制變得更加複雜化,也給科學家研究生命體的早期演化歷程帶來了許多困難。

當一些原核生物飄蕩到洋面,終於在此接觸到了遠比海底熱泉龐大且恆定的能量源——太陽光能,進而逐漸演化成具有光合功能的原始藻類細菌。

冥古宙的海洋與大氣中都缺乏氧氣,但光合作用的機制依然有效。今天地球大氣中所蘊含的氧氣,很大部分都是由生物在數十億年間通過光合作用不斷積累起來的。

生命的演化到此已經上了一個臺階,但它們仍將面臨更加嚴峻的考驗。冥古宙時期的地球地質結構還非常脆弱,各種毀滅性的地質災害不斷發生,雖然海水可以起到一定的緩衝作用,海洋中的情況會稍微穩定一些,但也無法完全倖免。巨型火山的爆發,可以將陽光遮擋很多年;呼嘯而來的隕星更是能將地面砸出一個如盆地般的巨坑,並把月亮那麼大的物質蹦向太空。

對於生命體來說,這根本就是無法抗禦的災害。一些災變所引發的地球氣候環境的突變,常常意味著之前無數年的演化積累統統失效,一切都要從頭再來。

生存與毀滅,往往只是一瞬間。更為關鍵的是,太陽所釋放的熱量一直都是按照每十億年上升10%的速率在遞增,因此四十億年前的地球所獲取的太陽能還不足以穩定維持自身的液態環境。

當地球形成時的餘熱散去,地心放射能也釋放殆盡時,地球整體便逐漸封凍起來,只在一些深海火山周邊及赤道沿線,還存在著少量流動的海水。

地球在雪球狀態下進入到下一個地質紀元——太古宙。

相關焦點

  • 歷史連載——地球生命演化歷程(1)
    歷史是什麼,在大叔我看來,歷史就是我們曾經捨棄和已經擁有的全部。大叔我之前寫過一些關於人類早期歷史的連載,在這裡打算再發幾篇關於地球生命演化歷程的文章,作為之前連載的補充。首先,讓我們來談談關於我們人類唯一的家園——地球,的一些情況吧。形成生命並維持其存在與發展的條件非常嚴苛,地球能滿足這一系列的條件是極難得的偶然事件,而相對於整個宇宙龐大的星球總量來說,這種偶然可能又成了必然發生的事實。
  • 歷史連載——地球生命演化歷程(3)
    而事實卻並非如此,冥古宙的地球實在不是一個宜居的星球,生命體朝前邁出的每一步都是異常艱辛的。當生命體演化出細胞結構,將生存空間拓展到遠離海底熱泉的區域時,它們首先遇到的第一個問題就是能量的匱乏。冥古宙時期的海水中的游離物質雖然不少,但相對於熱泉周邊的環境而言,仍顯得極端貧瘠。不過依託兩者間天文數字般的體積比,海洋中的游離物質總量還是遠比熱泉周邊要多得多。
  • 歷史連載——地球生命演化歷程(4)
    前文簡介:之前的章節講述了地球最初的地質紀元——冥古宙時期的大致狀況,以及地球生命從誕生到演化出細胞生物的基本歷程。地球至此也迎來了第二個地質紀元——太古宙,本章的內容便從太古宙開始。太古宙始於38億年前,也就是內太陽系大撞擊結束之後。地球上在此時已經出現了一些簡單的原核生物,如細菌和可以進行光合作用的藍藻菌等。
  • 歷史連載——地球生命演化歷程(4)
    前文簡介:之前的章節講述了地球最初的地質紀元——冥古宙時期的大致狀況,以及地球生命從誕生到演化出細胞生物的基本歷程地球至此也迎來了第二個地質紀元——太古宙,本章的內容便從太古宙開始。太古宙始於38億年前,也就是內太陽系大撞擊結束之後。地球上在此時已經出現了一些簡單的原核生物,如細菌和可以進行光合作用的藍藻菌等。科學家在澳洲西部發現了形成於約35億年前的古老巖石,上面就有藍藻菌沉積的痕跡。這是地球上現存最古老的化石之一,直觀地揭示了當時地球上的生命演化狀態。
  • 歷史連載——地球生命演化歷程(2)
    地球誕生短短數億年後,生命的火花便已於極度惡劣的外部環境中點亮。在本章,筆者將接著介紹有機物是如何打破生命與非生命界限,構造出最初的生命體,以及地球生命最初的演繹歷程。當前科學家尚不能完全確定最初生命體的具體分子組合形態。但我們還是能通過分析揭示組成最初生命體的有機物所必須具備的一些基本特性。
  • 重新認識地質歷史時期生命演化歷程
    4月7日,中國古生物學會在南京發布了「2019年度中國古生物學十大進展」(以下簡稱「十大進展」),清江生物群、熱河俊獸、大熊貓古基因組等研究入選,這些成果,作為我國2019年在古生物領域具有國際影響力的高水平研究,刷新了人類對地質歷史時期生命演化歷程的認識。
  • 《生命簡史》:人類不是地球生命演化的旁觀者
    參考消息網8月22日報導  人們回溯經濟、政治、軍事和文化的歷史,無非是想從過去發生的事情中,尋找到對今天和未來的啟示。而研究自然的歷史,即便是在以上億萬年為時間單元的地質史中,講述地球40多億年來生命起源與演化的歷史,也是極為少見的。探索生命演化歷程有什麼用?
  • 探索生命演化的歷程,才是最迷人的事
    我們無時無刻不在感受著生命世界的奇妙與浩瀚。我們現在能看到地球是這個樣子,但我們的星球從沒有停下過腳步,只會不斷更新、進化。與30多億年來地球上曾經生活過的所有生物物種相比,現代生物不過是滄海一粟。貫穿所有生命歷程或者聯繫所有生物物種的最基本的東西又是什麼呢?探索生命演化的歷程,才是最迷人的事!
  • 人類不是地球生命演化的旁觀者
    而研究自然的歷史,即便是在以億年為時間單元的地質史中,講述地球40多億年來生命起源與演化的歷史,也是極為少見的。探索生命演化歷程有什麼用?地質學家探究漫長歲月中地球上發生的那些事兒,是否真實可信?100多年來,伴隨著新技術新方法的應用,地質古生物學中很多已經成為定論的內容,都在不斷地改寫。可以這麼講,自然的歷史就是一個不斷被改寫的歷史。
  • 地球生命演化的環境之思
    自從人類進入文明社會之後,對於地球以及地球生命奧秘的探索,一刻也沒有停止,可惜在工業革命之前,人類對地球科學的認識還過於膚淺。長期以來,地球被賦予更多的是神話傳說與文學想像,較之其他領域的科學研究來講,人類揭開地球科學神秘面紗的步伐是遲緩的。《地球生命的歷程》這本書中,用簡介精準的文字和直觀生動的圖幅,為地球生命的起源與演化,進行了全景式的解讀。
  • 宇宙的奇蹟,地球與生命:地球歷史與生命演化展舉行開幕式
    8月22日,「宇宙的奇蹟,地球與生命」地球歷史與生命演化展在青島西海岸新區的城市傳媒廣場舉行開幕儀式。北京大學地質博物館鎮館之寶雲遊到青島,講述恐龍時代的海洋霸主興起與滅絕的故事,帶領青島市民穿越時空,探索地球圈層與板塊的構造,與珍貴化石和礦物對話,感受地球演化的一點一滴。
  • 尋覓地球遠古生命揭示奧秘和演化歷史
    「生命就像一部既沒有觀眾又沒有劇本的大戲,它從不停頓地演繹了數十億年。」對於現代古生物學和地層學國家重點實驗室主任朱懷誠研究員和其他20多位科學家來說,「尋覓地球遠古的生命就是我們的任務,這是比神話故事更加迷人的科學。
  • 尋獲生命和地球歷史演化的密碼
    全文共963字,閱讀約需3分鐘 編者按 4月18日,「北大教授給中學生雲開講」系列學科講座第十講開講,北京大學地球與空間科學學院江大勇老師
  • 「廣州科普遊VR全景展廳」解碼地球的起源與生命的歷程
    地球上曾經擁有的生命還有地球生命所經歷的歷程,解碼生命進化的歷程宇宙的起源和地球的形成宇宙是從哪裡來的?地球的歷史與生命演化地球上生命的產生和演化伴隨著地殼的形成和發展。古生物學研究表明,生物界的演化是由簡單到複雜、由低級到高級發展的。這個演化過程也並非勻速的,其中既有緩慢的量變,也有急速的質變。在急速的質變中生物出現大絕滅或大爆發演化,從而形成了生物演化的階段性。在同一地質時期,生物界的總體面貌大體具有全球的一致性。因此,生物的演化階段能夠反映地質時代階段,化石成了研究地球歷史的文字。所以要了解自然歷史,就必須研究化石。
  • 青島市博物館《地球生命演化特展—宇宙的奇蹟·地球與生命》開展
    《地球生命演化特展——宇宙的奇蹟·地球與生命》近日在青島市博物館開展。該展覽是是青島市博物館在2021年開年之際,為廣大觀眾精心奉上的一場大型科普探索類展覽。展覽由青島市博物館與北京北大寶石鑑定中心聯合主辦,北京大學地質博物館提供全部展品和學術支持。
  • 中國古生物學十大進展 揭示地球生命早期演化秘密
    中國古生物學十大進展 揭示地球生命早期演化秘密 原標題: 4億多年前的麒麟魚如何揭示脊椎動物頜演化之路?華北15.6億年前大型多細胞生物化石群的發現,揭開了地球生命早期演化的哪些秘密?  3月22日,有著88年歷史的中國古生物學會在北京發布2016年度中國古生物學十大進展。我國科學家在古生物學各分支領域取得的科學成果,有力地推動著世人對地質歷史時期生命演化歷程的認識。
  • 1小時了解地球46億年歷史——「地球歷史與生命演化展」在青島開幕
    □半島全媒體記者  孟秀麗地球何時形成?生命如何演化?人類出現之前,哪些物種主宰地球,它們又為何滅絕?8月22日上午,「宇宙的奇蹟——地球歷史與生命演化展」在城市傳媒廣場拉開大幕,當天大量市民、學生入館參觀,了解地球歷史,感受宇宙奇蹟,尋找生命的答案。
  • 1小時了解地球46億年歷史——「地球歷史與生命演化展」在青島開幕
    □半島全媒體記者 孟秀麗地球何時形成?生命如何演化?人類出現之前,哪些物種主宰地球,它們又為何滅絕?8月22日上午,「宇宙的奇蹟——地球歷史與生命演化展」在城市傳媒廣場拉開大幕,當天大量市民、學生入館參觀,了解地球歷史,感受宇宙奇蹟,尋找生命的答案。本次展覽由北京北大寶石鑑定中心主辦,北大寶石鑑定中心青島教學實踐基地承辦,城市傳媒廣場聯合策劃,北京大學地質博物館提供展品和技術支持。
  • 地球生命演化的驚天之謎!
    地球生命在幾十億演化的歷程裡,經歷了怎樣的坎坷與血淚?經歷了多少次命運的轉折?今天,生命所有的成功與失敗都經由人類基因組計劃一一展現世人面前。我們體內30億年前的遺蹟GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCTCCAATAGCGTATATTAAAGTTGCTGCAGTTAAAAAG,這個DNA序列看起來像一堆亂碼,但卻非同一般,它存在於地球上所有的生命體內。
  • 揭秘生命演化 我國多項古生物學研究取得突破性進展
    新華社北京3月22日電 題:揭秘生命演化,我國多項古生物學研究取得突破性進展  新華社記者 劉詩平、董瑞豐  冰河時期歐洲人的皮膚和眼睛長什麼樣?4億多年前的麒麟魚如何揭示脊椎動物頜演化之路?15.6億年前華北大型多細胞生物化石群的發現,揭開了地球生命早期演化的哪些秘密?