從地球上第一個細胞的誕生開始,到人類的出現和發展,經歷了約35億年漫長的時光。生命從無到有,從少到多,從簡單到複雜,從低級到高級,從原始到現代,每一新類型的出現,都是一次重大的飛躍。
那麼,從生命誕生到人類的出現,到底經歷了哪些重要的質變和飛躍呢?
距今40億年前,地球就是流浪於浩瀚宇宙中的孤獨的流星,在初始地球上,原始大氣富含甲烷、氨、二氧化碳、水汽等。
這些氣體在紫外線、閃電、高溫的作用下,首先合成胺基酸、脂肪酸等小分子有機化合物。
這些小分子有機化合物,在適當的環境條件下,可以進一步結合成更複雜的蛋白質、核酸等大分子有機物質。
這些大分子有機質經過進一步演化,終於產生了能夠不斷進行自我更新、結構非常複雜的多分子體系,由此產生了原始生命。
生命的誕生,是地球演化史上的一次最大的飛躍,使地球歷史從化學演化階段,向化學和生物演化階段邁進。
最初的生命是非細胞形態的生命,為了保證有機體與外界正常的物質交換,原始生命在演化過程中,形成了細胞膜,出現了細胞結構的原核生物。
第一個細胞的誕生在35億年前,細胞是生命的結構單元、功能單元和生殖單元,細胞的產生是生命史上的一次重大的飛躍。
目前,地球上發現最早的具有細胞結構生命,位於澳大利亞瓦拉翁納群中的絲狀細菌化石,年限為距今35億年前。
原核生物是指一類細胞核無核膜包裹,只存在稱作核區的裸露DNA的原始單細胞生物。它包括細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體、支原體、藍細菌和古細菌等。它們都是單細胞原核生物,結構簡單,個體微小,一般為1~10 µm,僅為真核細胞的十分之一至萬分之一。
地球上最早出現的原核生物細菌,經過不斷分化和發展,出現了能夠進行光合作用、從無機物合成有機養料的自養型原核生物藍藻。
藍藻和細菌作為早期生物界的合成者和分解者,組成物質循環的兩個基本環節,形成了一個完整的生態系統。
藍藻是最早出現的造氧生物,使得地球上原始大氣中氧氣濃度不斷增加,形成含氧大氣層。
在太空中出現的臭氧層,吸收了太陽的紫外輻射,改變了整個生態環境,為喜氧生物提供了有利的生活環境。
隨著氧氣的不斷積累和增多,海洋和整個太空充滿了氧氣,為更多生命的誕生和演化提供了「溫床」,並提高了生物能量代謝的效能。
藻類與菌類(algae-bacteria ecosystem)彼此協同形成的自然生態系統。有時,人們運用其共生作用,形成淨化汙水的人工生態系統。
最早具細胞的生物是單細胞原核生物。綠藻是最早具有真核的生物。
真核細胞具有核膜,整個細胞分化為細胞核和細胞質兩部分。
細胞核內具有染色體,成為遺傳中心,細胞質內進行蛋白質合成,成為代謝中心。由於細胞結構的複雜化,增強了變異性,使得真核生物能夠向高級生物發展。
世界最早的真核綠藻,發現於距今約13億年的美國加利福尼亞的貝克泉組的白雲巖中。
真核生物eukaryotes 由真核細胞構成的生物,包括原生生物界、真菌界、植物界和動物界。真核生物是所有單細胞或多細胞的、其細胞具有細胞核的生物的總稱。
隨著真核生物的出現,動、植物開始分化和發展。動物的出現,形成了一個新的三極生態系統。在這個系統中——
綠色植物(真核植物和原核藍藻)通過葉綠素光合作用製造食物,是自然界的生產者;細菌和真菌是自然界的分解者;動物是自然界的消費者。
地球上最早的動物化石,是距今6—7億年澳大利亞的伊迪卡拉動物群,其中以腔腸動物的似水母類、海鰓類、環節動物和少量節肢動物為主。
大約6.8億年前,海洋裡突然大量出現了個體較大、結構複雜的多細胞生物。最著名的早期多細胞動物群,是生活在5.8億年前一5.6億年前的埃迪卡拉動物群。
伊迪卡拉動物群(Ediacaran biota),亦稱寒武紀生命大爆發(Cambrian Explosion)。生活在5.8億年前一5.6億年前海洋中的埃迪卡拉動物群。
伊迪卡拉動物群是較後期的類型,不是動物的原始代表,這說明後生動物早在10—20億年前的元古宙,就已經出現,並經歷了一段相當長的分化過程。
早古生代在生物演化史上,被稱為「海洋藻類時代」和「海洋無脊椎動物時代」。起始於距今6億年,延續了約1.7億年,到了志留紀。
繼伊迪卡拉後生裸露動物群之後,於大約5.4億年前的寒武紀,出現了地史上最早的、具鈣質硬殼的小殼動物群,包括軟舌螺、單板類、腹足類、腕足類等。
這一時期以三葉蟲演化迅速、生態分異明顯,分布遍及全球整個海域,在動物界中佔絕對優勢,因而稱寒武紀為「三葉蟲時代」。
距今約4.9—4.4億年的奧陶紀,是海洋無脊椎動物繼續發展的時代,海洋無脊椎動物新類群的出現和多樣化,加劇了淺海生物的競爭。
距今約4.4—4.1億年的志留紀,三葉蟲顯著衰退,筆石向簡化方向演變,單筆石興起並大量發展。
珊瑚以床板珊瑚和日射珊瑚為主,出現了特有的鏈珊瑚。腕足類出現了內部構造更為複雜的五房貝和展翼狀外殼的石燕貝。
距今約4.1—4.5億年的石炭紀,出現了已知最早的有翅昆蟲,當時最繁盛的昆蟲,是現已絕滅的古網翅類。
據文獻記載,魚最初發現於據今4.1億年前的奧陶紀,但有關魚類完整化石記載的是距今約4.1億年的志留紀晚期。
大約距今4億年的泥盆紀開始,魚類達到前所未有的繁盛,成為魚的極盛時代,由於當時其它脊椎動物不多,所以泥盆紀稱為「魚的時代」。
到了距今6500萬年的新生代,魚類種類繁多,分布廣泛,成為脊椎動物中最大的類群,系魚類的發展史中的全盛時代。
古代魚類包括無頜類、盾皮類、軟骨魚類及硬骨魚類四種類型。其中,無頜類動物在志留紀及泥盆紀中最多,被公認為最早的脊椎動物。
盾皮魚類是最早的有頜類,泥盆紀時盛極一時,到了末期則大部分絕滅。有人認為軟骨魚類及硬骨魚類是由盾皮類沿兩個方向演變而來。
軟骨魚類被認為是最「原始」的魚類,但一般認為軟骨魚類與硬骨魚類是兩支平行發展的分支。最早的硬骨魚類是古鱈類,由此演變現存的絕大多數的硬骨魚類。
硬骨魚類中的內鼻孔魚類的典型原始類型代表是雙鰭魚與和骨鱗魚,後者是最早的泥盆紀的總鰭魚類,而總鰭魚類又被認為是最早的兩棲類的直接祖先。
現存的最低等脊索動物,如海鞘、文昌魚等,由於體內沒有堅硬的骨骼,至今還沒有發現它們祖先的化石。文昌魚被公認為魚類的祖先。
脊索動物門是動物界最高等的一門,也是其發展得最成功的一類。其共同特徵是在其個體發育全過程或某一時期具有脊索、背神經管和鰓裂,即脊索動物門的三大特徵。
在距今4億年的泥盆紀,這是一個極其重要的節點,此時我們的祖先還是一條魚,隨時會死亡並消失在黑暗的海洋中,一片黯淡。
在經歷了自然選擇,經歷了數千代的繁衍後,魚的身體發生了改變,它做出了魚類從未有過的舉動——呼吸空氣。
魚將空氣吸進新的器官——肺,終於可以鬆一口氣了。這是一條超級大魚把我們的祖先逼近了一潭死水之中,才迫使它呼吸空氣的。
沒有這個威脅,或許人類至今還生活在水裡。
這是魚石螈,這隻外形奇特的怪獸也擁有腮,可以通過收縮肌肉來關閉喉部的鰓蓋,同時關閉肺部以防止水的侵入。
魚石螈是我們已知的最早的兩棲動物。雖然它具有陸生動物的軀幹、腿以及腳趾,可它的頭部依然是魚的樣子,尾巴也類似於魚的尾鰭,這說明魚石螈的祖先是魚類。發現於格林蘭晚內泥盆世的魚石螈(Ichthyostega)被公認是最早的兩棲動物化石。
觀察一下我們自己,人類的腮已經消失了,不過鰓蓋、腮部肌肉和聲門依然還在,當這些部位痙攣時,我們便會打嗝。
有了四肢和頸部,魚石螈便可以將頭伸出水面上,呼吸空氣。從它爬到陸地那一瞬開始,我們的歷史永久性地改變了,我們從此走向了陸地。
最開始的時候,魚石螈首先還是慢慢地適應岸邊的沼澤,隨著不斷地熟悉周圍的環境,不斷地向大陸內部爬行。
最終我們的祖先,離開了暗流湧動、弱肉強食的海洋,離開了煎鍋般的沼澤,勇敢地爬上了火爐般的陸地深處。
不過這一切的獲得,是需要付出代價的,陽光會灼傷它的皮膚,堅硬的土地會磨破它柔軟的腳,畢竟魚石螈只是一條剛剛離開海水、處於弱勢的魚。
通過數千年的自然選擇,又有無數種生物消失了,我們的祖先逐漸適應了周圍的環境。
它厚厚的皮膚,可以阻擋強烈的陽光,逐漸強壯的手指上,逐漸長出了指甲,以保護保護腳趾。
陸生爬行動物中以恐龍(Dinosaur)為主要代表。霸佔了整個陸地上將近1.5億年的時光。
恐龍最早出現於距今約2.4億年的中三疊世,分蜥臀類和鳥臀類兩大支系,是中生代佔絕對優勢的陸地脊椎動物。
由於爬行動物大量繁殖,除絕大部分在陸地上生活外,有的重返水域成為水生爬行動物,如三疊紀開始的魚龍類、侏羅紀和白堊紀的蛇頸龍類。
有的向空中發展成為飛翔的爬行動物,叫翼龍類,如德國侏羅系中發現的喙嘴龍 (Rhamphorhyn-chus),靠前肢的兩張翼膜飛翔。
由喙嘴龍分化出另一類飛翔爬行動物叫翼指龍(Ptercdactylus),主要生活在晚侏羅世到白堊紀。
爬行動物是中生代地球上佔絕對優勢的脊椎動物,故稱中生代為「爬行動物時代」或「龍的時代」。
距今約0.65一年的白堊紀末期,由於全球構造運動的影響,使地表自然環境發生巨大變化,導致恐龍和整個爬行動物的大衰退和滅亡。
由於整個爬行動物的大衰退,無論陸生的、水生的或飛翔的恐龍,到白堊紀末都相繼絕滅了。這個關鍵節點,是在距今0.65億年前。
恐龍的最大貢獻主要有,在活著的時候為哺乳動物的繁衍生息掃清一切障礙,死去的時候為哺乳動物登上地史舞臺騰出空間,此外還為鳥類的出現鞠躬盡瘁,死而後已。
經過這次巨大的全球災變事件,爬行動物中也有殘留並延續至今天的,僅有喙頭蜥類、鱷類、龜鱉類和有鱗類(蛇和蜥蜴)。
所以,蜥蜴、烏龜、鱷魚、蛇類等,這些動物,都是大難不死的非常古老的動物,它們都是動物界沒有文明斷層的長壽元老,最好不要招惹它們。
大約距今1.5億年的侏羅紀中期,開始出現原始鳥類。
較一致的看法是鳥類的直接祖先是一種小型恐龍,認為由假鱷類演化為恐龍中的虛骨龍類,然後再進一步演化為始祖鳥,而演變為新鳥類。
始祖鳥具有羽毛,後足對趾型,腕掌骨和跗蹠骨癒合,骨盤結構、鎖骨、喙部、下頜關節方式以及眼等許多特徵與鳥類相似。
以前認為,始祖鳥是侏羅紀發現的鳥類,2004年時被認為是一種恐龍。始祖鳥被認為是爬行動物與鳥類之間的中間環節。
始祖鳥具槽生齒,有具尾椎的長尾;脊椎雙凹型;前翅掌指骨游離並具爪;腦、胸骨、肋骨及後肢等特徵又與爬行類接近。
鳥類是從爬行動物分化出來的一個旁支。鳥類的腦和神經系統發達,心臟分隔完全,是恆溫的脊椎動物。從變溫的爬行動物轉化為恆溫的鳥類,是脊椎動物演化史上的一次重大飛躍。
恆溫動物(鳥類和哺乳動物)的體溫相對穩定,不受外界氣溫的影響,增強了對氣候環境的適應性,擴大了地理分布範圍。
鳥類最早的化石代表是德國晚侏羅世的始祖鳥(Ar-chaeopteryx),它是由爬行動物向鳥類過渡的中間類型,是鳥類的最早代表。
此外,1986年在美國德克薩斯州發現一新的鳥化石,命名為 Protoavis,意為「原始的鳥」。其時代為三疊紀,比始祖鳥早,但比始祖鳥更接近現代鳥類。
因此有人認為始祖鳥可能是鳥類系統演化中的一個旁支。
最早的哺乳動物,是距今約2.5—2.3億年的三疊紀,從似哺乳爬行動物中分化出來的。
似哺乳類爬行動物是哺乳類動物的祖先。它們與一般爬行動物不同,卻具備了一些哺乳動物的特徵,它們的牙齒、骨骼結構和行走姿勢都與哺乳動物比較接近。
進入新生代,由於板塊分和聚合,氣候的分化,被子植物的迅速發展和廣泛分布,促使哺乳動物迅速分化、輻射,得到了空前發展,取代了爬行動物,在地球上居於優勢。
經過漫長的元古代、古生代、中生代的積澱,地史演化進入了全新的時代——新生代,脊椎動物演化進入了一個更高級的階段──哺乳動物時代。
從爬行動物的變溫、卵生發展為哺乳動物的恆溫、胎生和哺乳,以及高度發達的神經系統和感覺器官,是脊椎動物演化史上的一次重大飛躍。
通常認為,中生代的古獸類是白堊紀和新生代有袋類和有胎盤類的共同祖先。
白堊紀時,有袋類廣泛分布於世界各大陸,第三紀繁盛於南美,而現代僅生活在澳大利亞,有胎盤類是比有袋類更高等的哺乳動物。
最早的有胎盤類是白堊紀出現的小型食蟲類,新生代後得到空前發展,分化、輻射出許多分支。
其中一支為適合於飛行生活的翼手類和蝙蝠,是從古新世一類樹棲生活的食蟲類演化而來的。
另一支是適應於海洋生活的鯨類,保留了從陸生祖先繼承來的肺呼吸,是一種進化趨同的現象。
嚙齒類包括現生的松鼠、河狸、家鼠等,是獸類中演化最成功的一類,無論在種類、數量、分布地區,在獸類中都佔優勢地位。
食肉類又分為古食肉類、新食肉類和鰭腳類。古食肉類大量輻射發生在古新世和始新世。
始新世末期新食肉類繁盛起來,如現生的貓、虎、狗等。新食肉類出現不久,海生鰭腳類(海獅、海豹、海象)開始出現。
最原始的哺乳動物主要是食蟲的,古老的有蹄動物踝節類也是從原始食蟲類演化而來的,是由食蟲發展到食草過程中最原始的一個分支。
它們是後來大多數有蹄動物,包括馬、貘、犀等奇蹄類和豬、牛、羊等偶蹄類的共同祖先。
象的祖先可能由早期的踝節類演化而來,最早的象是發現於北非晚始新世到早漸新世的始祖象(Moerither-ium),體形大小如豬,第二對門齒還沒有形成象類特有的大門牙。
古乳齒象(Palaeomastodon)是始祖象的直接後裔,它的身體比始祖象增大了約一倍,上門牙伸長,第四紀開始多數絕滅,少數生活到早更新世。
真象類是從乳齒象演化出來的,又分為劍齒象類和真象類,象類演化趨勢是個體增大、鼻長和大象牙的不斷增長,今天殘存的僅有非洲象和印度象。
奇蹄類中以馬的演化研究的最清楚,馬的最早代表是始新世早期的始馬(Hyracotherium),大小如現代的狐狸,前足有4個腳趾,後足有5個腳趾。
漸新世出現了中馬(Mesohippus),前、後足只有3個腳趾,都著地。始馬和中馬都生活在森林裡。
中新世出現了草原古馬(Mery-chippus),前、後足都只有3個腳趾,只中間1個趾著地,兩側的已經退化。
從草原古馬開始,馬類才進化到草原奔馳生活。到上新世,開始出現單趾馬,命名為上新馬(Pliohippus)。
到第四紀出現了現代馬 (Equus)。馬類的演化趨勢是,個體增大,腿和腳伸長,側趾退化,中趾加強,前臼齒臼齒化,頰齒齒冠增高。
偶蹄類從始新世開始出現,經過漸新世、中新世和上新世大量發展,從更新世,在食草動物中無論在種類上和數量上都佔優勢地位。
偶蹄類分為豬形類、駱駝類和反芻類。豬形類出現於始新世早期,都是些小形偶蹄類,如始新世的雙錐齒獸,戈壁豬形獸等。從漸新世到上新世體形變大。
更新世出現了與現代野豬相似的豬。駱駝出現於始新世晚期,也是小形的偶蹄類。
從始新世的始駝,經過漸新世的鹿駝,到中新世和上新世的原駝,一直發展到現代亞洲的真駝和南美的羊駝。
反芻類包括鼷鹿、鹿、長頸鹿、牛、羊、羚羊等。這一類的主要特徵是消化系統複雜,能很好地加工和消化粗糙的草類。鼷鹿是最原始的反芻類。
在中國發現的鹿化石很多,有中新世的皇冠鹿、上新世的上新鹿、更新世的四不象鹿和大角鹿等。
作為哺乳動物中的一種,類人猿(簡稱猿)是人類的近親。
現代的類人猿有長臂猿、猩猩、大猩猩和黑猩猩。類人猿無論在外貌和面部表情上,還是身體內部的結構上都與人相似。類人猿中又以黑猩猩與人最接近。
從猿到人,經過森林古猿(Dryopithe-cus)、臘瑪古猿(Ramapithecus)、南方古猿(Australo-pithecus)、人(Homo)四個階段。
森林古猿在漸新世晚期中新世中期,廣泛分布於歐、亞、非洲大陸,是現生各種猿類的祖先。
臘瑪古猿大約在1500萬年前,由一種森林古猿演化而來,生存在距今1500—800萬年前。
這種化石最早(1932)發現於印度西瓦立克山,以後在非洲、歐洲和中國雲南均有發現。
一般認為臘瑪古猿是從猿到人過渡階段的早期代表,是最早的人科成員。但近年來新發現的化石,卻增加了臘瑪古猿是人科的懷疑,有人認為是一種進步的猿類。
南方古猿化石最早(1924)發現於南非,南方古猿大約生存於距今300—100萬年前,它的原始類型可能是從猿到人的過渡階段晚期的代表。
由南方古猿再進一步發展成現代人。從猿到人的演化過程中,勞動起著重要的作用。
由於勞動使身體的姿勢由半直立變為直立。勞動和語言又促進了腦的發展,而腦的發展又加速了從猿到人的轉變。
人類的演化和發展過程,一般分為四個階段,即早期猿人階段、晚期猿人階段、早期智人階段和晚期智人階段。
◐猿人(pithecanthropus)
出現於更新世早期,以坦尚尼亞距今 175萬年的「能人」(Homo habilis)為代表。
這一階段的人類已具人的基本特點,但還有許多原始性。
直立人又可分為早期直立人和晚期直立人。
能直立行走,還能製造簡單的礫石工具。外貌像猿,但腦量達700毫升,比現代猿大。
猿人的出現,是從猿到人發展過程中的質變。猿人是最早出現的人類。
猿人化石保很少,只有北京猿人、藍田猿人、元謀猿人、印度尼西亞的爪哇猿人,非洲阿爾及利亞和摩洛哥的阿特拉猿人,坦尚尼亞的舍利猿人,德國的海德堡猿人。
中國境內的直立人主要有元謀人、藍田人、北京人、和縣人、鄖縣人、沂源人、廟後山人、湯山人等。
◐直立人(Homo erectus)
距今180—300萬年生活在非洲、歐洲和亞洲的古人類,一般認為直立人起源於非洲。
出現於更新世中期,以北京猿人(Homo erectus pekinensis)和爪哇猿人(Homo ercetus Java)為代表。
與北京猿人大致同時的,還有藍田猿人(Homo erectus lantianensis)和海德堡人(Homo erectus heidelber gensis)等。
這一時期的猿人,身體形態已有明顯的進步性,身體像人,腦顱像猿,但腦量較大,在715—1225毫升之間,直立行走的姿勢已與現代人接近。
在文化上已能製造較進步的石器,並開始用天然火。比早期猿人分布範圍更廣泛。
通常而言,直立人是人類的直系祖先。但最新的研究認為,直立人並非現代人類的直系祖先,他們被後來崛起的智人(現代人)趕出非洲後滅絕或在此之前就滅絕了。
也有人認為,「北京人」並非我們的祖先。我們的祖先也是從非洲走出來的智人。
◐古人(Ancients)
古人屬於猿人和新人之間的早期智人。
古人生存於距今10~20萬年至5萬年前,廣泛分布於亞、非、歐洲的許多地區,以德國的尼安德特人(Homo sapiens neanderthalensis)為代表。
古人分布於亞、非、歐的廣大地區。在我國南方,有廣東「馬壩人」,湖北「長陽人」。
在北方,有山西汾河流域的「丁村人」,寧夏和內蒙古的「河套人」。
古人比猿人有了很大進步,骨壁較薄,腦量增大;但與現代人相比,眉脊還很突出,表示了他們的原始性。
人類在與自然界作長期鬥爭的過程中,經驗不斷積累,生產工具不斷改進。古人製作的石器已比較精細,能打出良好的尖和刃。
已掌握了動物的活動規律,並知道利用地形環境來捕捉野獸,能集體圍獵大動物。
可能已經會人工取火。這時候已知道禁止父母親與子女之間的性關係,原始的氏族組織出現了萌芽。
◐新人(Homo sapiens)
泛指進入一個新的領域,或剛開始從事某種職業或事業的人,通常不具備經驗。新人也叫晚期智人或克羅馬農人。
新人是解剖結構上的現代人,是現代人類的直接祖先。他們的體質跟現代人已經沒有多大的區別,腦量跟現代人完全一致。
新人生活在距今約十萬年到一萬年前,以法國的克羅馬儂人(Homo sapiens sapiens)為代表。
在中國有北京周口店的山頂洞人,內蒙的河套人,廣西的柳江人,四川的資陽人。
新人在形態上已非常像現代人,在文化上已有雕刻與繪畫的藝術,並出現了裝飾品。
新人分布範圍比古人更廣泛。新人化石不僅發現於亞、歐、非洲的廣大地區,在大洋洲和美洲也有發現。
在新人階段,現代人種包括黃種、白種、黑種和棕種,開始分化和形成,廣泛分布於世界各地。
柳江人是現代黃種人的祖先,克羅馬儂人是現代歐洲白種人的祖先。
新人學會了縫製衣服,石制工具更加精緻,可以製作複雜的勞動工具,如投槍、梭鏢,還有精巧的骨針等。
此外,新人還能繪畫、雕刻、裝飾品等。
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