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宇宙中的這10件事,決定了生物是否會在地球上誕生

在大得根本無法想像的宇宙中,有一個實在是很平凡的星系,在這個毫不起眼的星系中,有一顆極普通的恆星,還有一顆小小的行星在繞著這顆恆星轉——要不是我們人類生活在這顆行星上面,那麼無論是這個星系(銀河系)、這個恆星—行星系統(太陽系)、這顆恆星(太陽),還是這顆行星(地球),都將黯然失色、平淡無奇。

的確,人類在地球上的存在真是一件非常非常特別的事。從早期宇宙的躁動不安到地球和生命在意氣風發的進化歷程中所歷經的千辛萬苦,在此過程中所發生的一切似乎都證明:人類在地球上立足看來並不是—個理所當然的結果,甚至根本就不是—個看似可能的結局。

或許,在宇宙的其他一些角落,有智慧的生命也在思考自己那令人難以置信的發端;或許,只有地球人獨自在考慮這類問題:當然,這是最不可能的。可能的情形是,在地球周同很遠的范同內,都沒有像地球人這樣的「高級生命形式」存在。無論怎樣,追尋人類乃至宇宙整個進程中的10個轉折性事件是很有趣的,因為正是這些宇宙事件最終決定了人類在地球上的存在。


1.規避空隙

宇宙始於一次大爆炸。對於我們所在的宇宙在誕生之前出現過哪些宇宙巧合,科學家如今只能進行猜測。但目前的一個共識是,大約137.5億年前,加上或減去10-24秒,當時的宇宙正在決定自己將來會長成什麼樣。

假如有關宇宙起源的最流行模式——膨脹理論真的成立,那麼答案就是:「宇宙會比現在大得多」。根據膨脹理論,新誕生的宇宙中充滿叫做暴漲場的東西,它以無比巨大的力量使宇宙暴漲了大約10-32秒,但就在這短暫得無法測量的一瞬間之內,宇宙被拉伸成為十分巨大而又密度均勻的一大片。

不運用膨脹理論,就很難解釋我們所在宇宙的一些特點。但真正令科學家感興趣的就是暴漲場,儘管它基本上密度均勻,但從其中每一塊空間來看密度並非完全一致。偶然性的量子漲落使得這邊稍稍密實一點,那邊略微稀疏—些。地球人應該慶幸自己所在的這片宇宙空間當時的密度並不低於平均值,不然的話我們就根本不可能存在了。要知道,當時在我們所在空間—-數觀量子雜訊周同直徑1億光年範圍內都是一片暗無天日、了無聲息的空隙。

這個微觀量子雜訊被引力放大,最終凝結成一大團星系和星系簇,稱為「本超星系團」。在這個星系團的眾多團塊中,有一個顯得七零八落、並不引人注目的「灌木帶」,稱為「本星系群」,而我們的家園——銀河系正是這個星系群中的一個。

望向遙遠的宇宙,科學家可以看出斑斑駁駁的宇宙微波背景輻射模式,它反映的正是大爆炸之後大約38萬年,也即首批穩定原子形成時期的生長和合併過程。這個輻射模式中的變化看來完全是隨機的,大多數科學家認為造成這個模式的量子起伏根本沒有任何原因。由此看來,在最終決定人類存在的所有幸運的宇宙事件中,這或許是最偶然的一個。


2.顛覆反物質平衡

暴漲之後的宇宙熾熱和密集得令人無法想像,它是由電子、正電子、夸克之類的粒子組成的一大團混合物,這些粒子漫無目的地東奔西走。要想形成恆星、行星及生命就需要粒子之間穩定的結盟,而當時的情形距離這樣的結盟還很遠很遠。阻礙之一就是物質和反物質的粒子數量幾乎對等。要想形成生命,其中—方就必須打敗。

造星或造人,只用光當然是不行的,還必須有其他的物質——像質子和中子這樣的穩定的重粒子。然而,物質的存在看來卻是一次極其偶然事件的結果。標準模型理論認為,在大爆炸之後產生的物質和反物質的數量是相同的。由於這兩者一碰面就湮滅併產生成對的高能質子,因而今天的宇宙就應該是由焦躁不安而又單調乏味的輻射所組成的一片汪洋。

然而,實際情況並非如此。在大爆炸之後最初的某個關鍵時刻,看來一定有某種機制促成了物質的產生。事實上,哪怕當初的物質數量只比反物質多十億分之一,也足以最終形成像今天這樣的物質殘餘。但這樣的不平衡從何而來?儘管一些粒子反應擁有支持物質的傾向,這種傾向卻是如此輕微,就算創造出微小的失衡也不可能。於是科學家猜測,在早期宇宙中充盈的高能量中,一定出現了某種超出粒子物理標準模式的未知過程,其結果就是出現了更強烈的親物質傾向。

科學家現在越來越相信,這類「超物理」過程也許是可變的,或者說會在各個不同的宇宙(所謂「多重宇宙」)中有所不同。如果真是這樣,那麼我們所在的這個小小的可見宇宙能獲得大量物質就是一件很幸運的事,而其他許多宇宙中都只是充盈輻射的簡單荒原。

物質並不僅僅是這類「可變物理」的唯—潛在受害者,「可變物理」還可能導致一些超高密度宇宙最終坍縮成黑洞,也可能導致另一些宇宙中混雜著能迅速撕裂一切結構的暗能。如果真是這樣,那麼出現一個最終變得對人很友好的宇宙這本身就是一次罕見的偶然事件。

3.點燃恆星

物質一旦佔據上風就不會再回頭。隨著宇宙冷卻,穩定的原子和分子很快就形成了。1億年之後,首批恆星——由氫和氦組成的巨型恆星出現了。它們壽命很短,年紀輕輕就在大爆發中殞命,而這些爆發卻向宇宙中播下重元素的種子,重元素正是後來的恆星和星系的基本成分,而銀河系是這些星系當中的—個。直到大爆炸之後大約90億年,在銀河系中的某個角落——我們所在的這個角落也沒有發生什麼值得注意的事。

那麼,要想製造一個恆星一行星系統究竟需要什麼呢?氫、氦以及一點點充盈在各恆星之間的空間里的塵埃。早在46億年之前良久,所有這些成分就懸浮在我們所在的這個角落,並且數量很豐富。不過,要想製造恆星-彳亍星系統還需要別的條件—能夠點燃惰性氣體的火花。

這樣的火花從何而來?線索在隕石中被發現。與地球上常常會熔化掉或相互混合的岩石不同,隕石會幾乎一直保持不變,而隕星(落到地球上之後叫做隕石堤在太陽系形成時期聚合而來的,因此隕石里就保存著太陽系早期的化學成分。

尤其引人注目的一塊隕石是2003年在印度的比桑普被發現的,其中包含大量鐵60。鐵60是一种放射性同位索,它經過數百萬年會衰變成穩定的鎳60。正因為鐵60是如此短命,所以星陌|氣體中一般都只包含微量鐵60。而比桑普隕石中包含大量鐵60,這暗示太陽系是在「一鍋比此前估計的濃得多的湯」中熬成的。

這鍋「湯」之所以會這麼濃稠,很可能是附近的超新星為它加了「料」。已知能創造大量重放射性同位素(例如鐵60)的過程為數不多,而大質量恆星的爆原所謂「超新星爆發」)即是這樣的過程之一。通過壓縮原始的氣雲,來自超新星的震波很可能激發了太陽及行星的形成。

或許,太陽系的孕育原本是—個較溫和的過程,而不像超新星的「加料」這麼暴烈。根據新的計算結果,一顆足夠大的紅巨星在製造鐵60的能力方面完全比得上一次超新星爆發,並且前者製造的其他放射性元素比例也與隕石記錄匹配。這些元素很可能鑄造於恆星內部深處,通過

對流作用輸送到恆星表面,作為強力恆星風的一部分噴發,而恆星風也可能攪動附近的任何氣雲。

總之,不管是爆發還是噴射,太陽都是我們因為自己的存在而必須感恩的唯—恆星。


4.「火星」攻擊

太陽誕生1億年後,構築太陽所餘下來的塵埃逐漸凝結成太陽系初期那些環繞太陽的天體。其中既有靠近太陽的小型岩石塊,也有身在太陽系外圍的較大的冰質天體。然而,這些天體都算不上引人注目。

「幼年地球」所在的太陽系是一個極不安分的環境,其中充滿了在不規則軌道上橫衝直撞的岩塊。大約45億年前,其中一個火星大小的天體重重撞擊了地球。其結果就是全面的重新排列,其中一些撞擊材料粘在了撞擊天體上,一些則被彈射進軌道,與被撞出的地球材料相伴,最終這些被撞出的材料就形成了月球。

這聽起來並不是一次吉利的事件,但幸運的是,它造就了一顆與其母行星——地球相比大得出奇的衛星——月球。太陽系中再也找不到另一顆像月球這樣的衛星,太陽系的其他衛星相對都比較小,它們要麼是從環繞的殘骸積聚而來,要麼是在經過行星時被抓捕而來。在其他地方看來也是同樣的故事。在其他恆星一行星系統中,大規模碰撞也會產生大量塵埃,而在紅外波段進行觀測的「斯皮策號」太空望遠鏡應該能看見它們。可是,雖然已經發現了一些這樣的塵埃系統,規模大得足以產生像月球這樣的衛星的碰撞概率卻只有太陽系的5%~10%,而實際發生的這類碰撞數量還要低得多。

這有什麼關係呢?關係很大,因為月球的大小使得它能伸出穩定的引力之手,有利於穩定地球的自轉軸傾斜度,這就防止了地球表面的太陽加熱模式發生劇烈改變,而這樣的劇烈改變會導致極端氣候變化,例如引發全球凍結的大範圍大降溫。這隻引力之手對於地球人來說無疑十分關鍵,不然的話人類甚至其他所有生命都將會因為極度酷熱或嚴寒而無法在地球上生存。

當然,就算沒有大得過頭的月球相伴,地球上也可能照樣會出現生命。哪怕地球表面全部冰封,下面的水也能為海洋動物提供良好的棲息環境,只不過可能不會出現能欣賞這些動物的人。


5.把地球炸出生命

隨著天地大碰創生月球,「嬰兒地球」的「分娩陣痛」卻並未結束。在距離太陽更遠的地方,太陽系的巨行星們正在醞釀更大的麻煩,它們的喧囂最終促成了一場大動蕩,而這場大動蕩又一次為生命提供了機遇。

月球表面非常崎嶇,這是由於月面遍布隕擊坑的緣故。由登陸月球的宇航員帶回地球的月球岩石樣本揭示了一個奇異的事實:所有的大型隕擊坑看來都可追溯到相同的時間,即大約39億年前。這是太陽系的「晚期重型轟炸」時期暴烈歷史的確鑿證據。當時,遭遇密集大規模轟炸(天體撞擊)的應該不只是月球,個頭比月球大的地球或許遭到了力度更大、更加頻繁的碰撞,只不過更加活躍的地球地質活動後來抹去了大多數的天地大碰撞證據。

對於這場即興的「行星際彈子球戲」的發生原因,科學家至今仍不十分清楚。不過,幾年前有人提出了一種被認為可信度較高的理論:「晚期重型轟炸」是由太陽系的四顆巨行星(木星、土星、天王星和海王星)之間的「打鬥」引發的。當時,土星和木星軌道的輕微遷移最終使得土星的軌道周期變成了木星軌道周期的剛好兩倍,這種「引力共振」最終重組了所有四顆巨行星的軌道,並且使得附近的彗星和小行星朝著內太陽系射去。

如此的轟炸對生命來說怎麼可能是幸運的呢?由於地球是在相對比較靠近太陽的地方形成的,因而當時地球溫度過高,液態水無法存在,而彗星和小行星是在距離太陽遠得多的地方形成的,那裡應該會有大量水冰。如此看來,地球上的首批水的確有可能是由撞擊地球的彗星和小行星帶給地球的。

不僅如此,

「晚期重型轟炸」還可能對生命起源造成更直接的影響。最初,大轟炸確實在地球上製造了相當惡劣的條件,地球表面的熔岩湖大得足以覆蓋整個非洲的面積。不過,一旦熔岩冷卻下來,隕擊坑就可能成為了生命起源的理想場所——餘熱在循環於岩石間的溫水中驅動化學反應。

還有一種可能性:假如生命已經發端,

「晚期重型轟炸」就可能會改變生命的進化歷程,清除掉除了最耐熱微生物之外的一切生物。這就是所謂的「大滅絕帶來新生命」,而這樣的故事在生命演化歷史上重演了多次。


6.單細胞的大飛躍

什麼是生命?那得看你怎樣理解它。在剛剛有水的地球上,首批生命的特徵就是—個字——「小」。在10億年甚至更長的時間裡,單細胞生物簡單地變形、繁殖和霸佔地球海洋。光合作用是-一種創新:從大約25億年前開始,海洋細菌的爆發為地球大氣提供了首批氧,但數量很少。然而,當下—個轉折點到來時,生命的發展方向相當出人意料。

地球上的生命站在一條大裂縫的兩邊。一邊是原核生物,包括細菌和古生菌,它們的單一細胞只不過是裝著化合物的微型袋子而已。另一邊則是真核細胞,它們的複雜細胞具有內膜、架構和傳輸系統。世界上最大的細菌長度也不到1毫米,而一個單一的真核細胞卻可以超過一米長度。細菌能夠形成的最複雜結構也不過是成串的相同細胞,而真核細胞卻能合力構建從大腦、葉子到骨骼、木頭的一切東西。

生活在地球上許多環境中的無數簡單細胞,擁有超過30億年時間來進化出複雜性。這種進化有可能重複發生過多次,但看來卻可能只發生過一次,或許是在20億年前。所有複雜生命都源自—個簡單的共同祖先。為何會這樣呢?有科學家認為,自然選擇通常都偏好於陝速複製,使簡單細胞保持簡單。接下來,發生了一次怪異的事件:一個古生菌吞噬了一個細菌,這兩個細胞形成了一種共生關係。這次事件改變了進化的動力,引發了一個迅速變革期,產生了像性別這樣的創新。被吞噬的細菌最終演化成為線粒體——複雜細胞的「能量工廠」。

這樣的共生在今天的複雜細胞中司空見慣。例如,在植物細胞中完成光合作用的葉綠體原本是一種進行光合作用的細菌。不過,像這樣由一個筒單細胞為另一個充當宿主的例子卻並不多見,加起來也只有幾個而已。如此看來,複雜生命體的崛起並不是—件必然的事,而人正是源自複雜生命體。換句話說,就算宇宙中充滿了細菌,而複雜生命卻可能十分罕見。我們至今也沒有找到外星人,其原因是否就在於此呢?


7.英雄地衣的時代

首批複雜細胞的世界與今天完全不能同日而語。光合作用細菌的早期嘗試使大氣中的氧含量升至2%,連今天含量的1/1嘟不到。在接下來的地球10億年歷史中,窒息的空氣和獃滯的海水是主要特徵,難怪科學家把這一環境停滯階段戲稱為「單調10億年」。不過,地質學和生物學的一次巧合即將把地球從沉睡中搖醒。

真核細胞要想達到今天這樣的地步,就必需氧這一「化學肌肉」。氧為有氧呼吸過程提供動力,包括人在內,幾乎所有動植物的生存都離不開有氧呼吸。大約8億年

前,生命開始期待氧。當時,裂谷作用和與超大陸羅迪尼亞分裂有關的火山活動加大了侵蝕作用,大量養分進人海洋,導致能進行光合作用的藻青菌出現爆髮式繁榮。

如此—來,氧就夠了嗎?並非如此。增加的光合作用吸走二氧化碳,隨著藻青菌死亡並沉到海底,作為一種重要溫室氣體的二氧化碳就被濾出大氣層。到了大約7.2億年前,地球進入冰期,冰一直蔓延到了赤道,地球成為一個大冰球,被稱為『雪地球」。

就像以往多次發生的情形一樣,看似的大災大難又一次成為生命的莫大福音。二氧化碳的水平下降,促進了生物學的革新,這是因為新的複雜細胞類型開始離開海洋「隔離區」,走出「囚籠」踏上陸地。面對幾乎被冰封的地球,這些陸地生命形式的先驅者——綠藻和地衣(青苔)剛開始並無作為。但隨著二氧化碳水平逐漸恢復,到了大約6.35億年前時,冰山退回到兩極地區,陸地做好準備:綠到前所未有的地步。

作為藻類和真菌共生的地衣,擁有被稱為菌絲的根部將自己錨定在下面的岩石上,這就為岩石的物理和化學風化開闢了新途徑,海洋由此又一次充盈養分,並且數量更多。然而,這次的結果並不只是潮漲潮落。地衣繼續「啃」岩石,源源不斷的養分供給使得海洋中進行光合作用的細菌數量持續增多。就這樣,大氣中的氧含量逐漸升至今天這樣的水平。

此後不久,到了大約5.8億年前,動物的祖先終於出現,有葉植物接踵而至。別忘了,你我都是某個或某些看似不可能的生物的「英雄創舉」的受益者哦!


8.殺手小行星帶來希望

在大氣氧含量上升後,接踵而來的是一陣瘋狂的進化性革新大潮,在此期間大多數當今已知的動物種群都冒出來了。到了大約3.5億年前,地球被蒼翠覆蓋,在石炭紀時期埋下的煤床為此提供了證據。很快,嫩綠的地球變成了一類個頭大得前所未有的動物的家園,這類動物就是恐龍。爬行動物(恐龍雌霸地球的時代持續了超過1.6億年。一次來自天外的干預,為確立新的世界秩序掃清了障礙。在最近的地質時代,地球再也沒有遭遇像「晚期重型轟炸」那樣暴烈的天體撞擊,但是每過1億年左右,地球總會遭遇較大的碰撞。如果這樣的碰撞發生在現在,那麼人類將像恐龍一樣不復存在(當然,按照這個1億年的周期來計算,地球現在就遭遇大撞擊的可能性幾乎為零)。然而有趣的是,如果沒有上一次的大撞擊,人類就可能根本不會誕生。為什麼這麼說呢?

到了大約6500萬年前,一顆直徑大約為10千米的小行星重重地墜落在當今墨西哥尤卡坦半島所在的地方。這次撞擊釋放的富含碳和硫的氣體引發了一場全球性的巨災一四處野火肆虐,天昏地暗,由於陽光被進入大氣層的煙塵阻擋,地球大降溫,酸雨滂沱。幾個月之內,恐龍全部斃命,隨之滅絕的還有其他幾乎所有的海洋爬行動物和空中動物等,其中包括鸚鵡螺、大多數鳥類和陸地植物。

對於哺乳類來說,卻是截然不同的故事。雖然近乎一半的哺乳類當時也滅絕了,但挺過這場巨災而存活下來的哺乳類都個頭較小、繁殖迅速、能力多樣,並且能以撞擊造成的豐富的碎屑為食。它們還能鑽進地下或以其他方式躲避大火或酸雨。它們常常生活在淡水生態系統中或附近,這些生態系統大多被死亡的有機材料供養,因而在大災難面前比海洋和乾燥的陸地更堅韌。

這些倖存者逐漸佔領了地球。隨著生物圈緩慢復原,哺乳類最終填補了由恐龍讓出的位置,也佔據了由海洋爬行類騰出的空間。化石證據顯示,在6500萬年前~5500萬年前,地球上出現了一輪進化性創造力的爆發。但一些「分子鐘」研究(即通過比較現存相關物種之間的基因譜來構建它們的進化樹)結果卻描繪了與此略微不同的場景,暗示哺乳類的爆發是在這次大碰撞之後超過1000萬年後才出現的。

不論上述哪種時間推測更精確,有一點可以肯定,即新來乍到的一個哺乳類分支就是我們人類所屬的靈長類。完全可以說,要不是當時的那一顆小行星來撞擊地球,也就不會有今天的地球人。


9.大腦或嘴巴哪個更重要?

到了大約3000萬年前,靈長類的新貴們開始稱霸又一次蔥蘢起來的熱帶雨林的樹冠。但是對其中的一個族群來說,這裡只不過是—個中轉站而已。

到了大約2000萬年前,東部非洲擁有了像亞馬孫那樣的叢林。對仍然生活在樹上的人類祖先來說,這些叢林是食物供給充沛而又穩定的家園。不料,地球隨後就發生了變動:一股巨大的岩漿從當今衣索比亞北部所在地的地下涌了上來。

在接下來的1500萬年中,兩座巨大的山脈從東非平原崛起,它們從北方延伸至南方,每座都高約2000米。位於這兩座大山之間的就是東非大裂谷,—個位於海平面之上1000米的大凹陷。位於東面的大山使得從印度洋到達此地的富含水汽的風轉向,位於西面的山則阻擋了來自剛果的類似的風。由於少雨的緣故,東非大裂谷逐漸由豐茂的雨林淪為稀疏的大草原。對我們的非洲祖先來說,待在樹上不再是一種可行的生存策略。

新出現的大山也變成了一些暫時性深水湖的所在地,這些湖在數百年時間內形成然後消失。這種易變的環境造成了—種巨大的進化壓力——動物必須具備遷徙能力,從而能夠從—個地方到另—個地方去尋找食物。不管是以什麼方式,總之到了大約600萬年前,靈長類進化史E迎來了一個重大時刻:其中一個種群學會了站立起來用雙腳走路。

迅速改變的環境意味著靈長類的進化不能就此止步。到了大約250萬年前,靈長類進化出現了兩個方向:一個是長出更大的大腦,從而能想出更好的辦法來適應環境;另—個則是長出更大的、肌肉更有力的嘴巴,從而能夠咬食堅硬的塊莖和堅果。前一種策略顯然更具有生命力。瘦長臉、下巴突出的古人最終淡出歷史舞台,而變得更加聰明的巧入(也叫能人)則成為了現代人的直接祖先,他們最終走出了非洲。


10.發明語言

最終,人類走出了非洲。解剖學意義上的現代人(特徵為體格較苗條、大腦特別大堤大約20萬年前在當今衣索比亞所在地進化出來的,但是直到不足10萬年前,其中的一小群才跨越紅海進入阿拉伯半島。科學家不知道他們為何會這樣,或許只是出於一時的興緻或流浪癖,而非出於某種迫切的需要。但不管是出於何種目的,這都是一次巨大的飛躍。

一來到中東和亞洲的新草場,早期人類就發現,在新的環境,食物新鮮而又豐富,找尋食物的競爭壓力無論是在一個人群內部還是在不同人群之間都減輕了。與此同時,人類還發明了工具,這使得他們能夠收穫新種類的食物。事實上,對於我們的祖先來說,生活從來沒有這麼輕鬆過。

從束縛自己進化的許許多多選擇性壓力之中超脫出來之後,人類開始發生微妙的改變。例如,他們的叫聲曾經需要非常的特定(有的叫聲專門表示進攻,有的示意進食時間,如此等等),這種「特定」

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