爬行動物的時代結束了，不僅因為它已經持續了足夠長的時間，而且這從一開始就完全是個錯誤。

威爾·卡皮（Will Cuppy）

《如何走向滅絕》（How to Become Extinct）

美國文學評論家、作家

2001年，27歲的塞思·麥克法蘭（Seth MacFarlane）是尚未熱播的動畫節目《居家男人》（Family Guy）的執行制片人和主創。這年9月，年紀輕輕就已闖入娛樂界大聯盟的麥克法蘭受邀回到母校美國羅得島設計學院演講。演講結束后，他和幾位教授一起出去喝酒，一直喝到很晚。

第二天是9月11日，麥克法蘭一大早就匆匆趕往機場，準備搭乘早上8點15分從波士頓飛往洛杉磯的航班。結果，他還是遲到了，實際上這趟航班的起飛時間是早上7點45分，旅行社弄錯了。他只好重新預訂了一趟晚一點的航班，然后去旅客休息室打個盹。突然，他被一陣喧鬧吵醒，原來新聞中正在報道紐約世貿中心北塔起火的場景，周圍的乘客都驚慌失措。過了一會兒，記者確認，那架撞上北塔的飛機是從波士頓飛往洛杉磯的美國航空公司的11號航班，正是麥克法蘭錯過的那一班飛機。1

演員馬克·沃爾伯格（Mark Wahlberg）本來預訂的也是這一趟航班。沃爾伯格因出演《完美風暴》（The Perfect Storm）和《不羈之夜》（Boogie Nights）而成名，當時他和幾個朋友臨時改變了計劃，包下了一架飛機飛往多倫多參加電影節，隨后又飛往洛杉磯。2

11年后，麥克法蘭和沃爾伯格一起參與了電影《泰迪熊》（Ted）的拍攝。兩人都曾錯過11號航班，而后卻一起創作了一部熱門電影。那么，這種事情發生的概率有多大？他們倆雙雙躲過一劫，僅僅是撞了大運，還是冥冥之中另有安排？他倆的幸免于難，究竟是為了讓一只煙不離手、滿嘴臟話的泰迪熊來豐富我們的生活，還是為了給電影業的資金庫增加5億多美元？

麥克法蘭自己可不這么想。“酒精是我們的朋友3，這就是那個故事的寓意，”他主動說道，“我可不是宿命論者。”

偶然情況、意外事件、傻人有傻福……隨便你怎么說吧。麥克法蘭未能按時趕到機場絕對是一次意外，盡管這是一次對個人造成了巨大影響的意外。生死一線間，這邊是幸免于難，那邊則是飛來橫禍，區區30分鐘帶來了巨大的差別。生死之間的這條分界線實在是可怕！

在自然界中同樣也有著這樣的界限，它區分的不只是個別生物或物種，而是整個世界。在城市之外的地方開車，你都有可能經過從巖床中開鑿出的道路。但我們中的大多數人都可能沒有注意到歷史的頁面正在我們的面前展開。這些層層疊疊、通常呈現彩色的石板正在給我們講述著一個個故事，當然前提是你得知道怎么去閱讀它們。

古比奧位于意大利中部的翁布里亞大區，是一座修建于中世紀的迷人小鎮，298號大區公路就從鎮子郊外的石灰巖峽谷中蜿蜒穿過。20世紀70年代中期，地質學家沃爾特·阿爾瓦雷斯（Walter Alvarez）在緊靠這條路的巖石柱中發現了一種有趣的模式（見圖1-1）。

他發現在多層石灰巖的一個斷面上，巖石色彩發生了明顯變化，下方呈白色，上方呈紅色。他仔細觀察才發現，這兩種顏色的巖石被一層奇特的淺灰色黏土分隔開了。阿爾瓦雷斯解開了這條僅一厘米寬的細線的秘密，成了20世紀最為驚人的革命性科學發現之一：它講述了地球過去的一億年間最為重要的一天所發生的事，那一天對于絕大多數生物來說是非常不幸的，但對于我們人類而言，則是極其幸運的。在很久以前的那一天里，30分鐘足以改變一切。

兩個世界的界限

地質學家描述巖石特征的方法之一是通過其中所包含的化石。古比奧巖層曾經是古代海床的一部分，因此里面含有微小的有孔蟲目生物（以下簡稱有孔蟲）外殼的化石。這種單細胞有機體數量龐大，是海洋浮游生物群落和食物網的一部分。

有孔蟲死后，它們的殼沉降為海洋沉積物，最終成為石灰巖的一部分。不同種類的有孔蟲，其外殼大小和形狀不盡相同，并且也一直存在于不同地質時代，因此可以利用它們來判定巖石的具體形成時期。

沃爾特·阿爾瓦雷斯仔細觀察了古比奧巖石切片中的有孔蟲化石，他發現白色巖層中排列著多種大型有孔蟲外殼化石，而上層的紅色巖層中卻沒有這些品種的有孔蟲外殼化石，僅僅只有少量相比之下非常小的有孔蟲外殼化石（見圖1-2）。在隔開這兩種不同顏色巖層的那層薄薄的黏土層里，則似乎完全沒有有孔蟲外殼化石。沃爾特·阿爾瓦雷斯意識到海洋中一定發生過一些劇變，導致許多種類的有孔蟲在短時間內滅絕了。

在距離古比奧千里之遙的西班牙東南部海岸邊的卡拉瓦卡，荷蘭地質學家簡·斯米特（Jan Smit）也在當地的巖石中發現了有孔蟲的類似變化模式。而且，斯米特還意識到，那層沒有有孔蟲外殼化石的薄薄的黏土層，標記了地球歷史和地質學的一條著名的界限，它分開了兩個世界。4

界限下面是以獨特的白堊沉積物命名的白堊紀巖層。白堊紀是爬行動物時代的后1/3時期，那時恐龍還統治著陸地，翼龍在天空巡游，滄龍則在海中捕食菊石（鸚鵡螺的近親）。界限的上面則是古近紀巖層，其中沒有上面說的這些生物的化石，但標志著哺乳動物時代的開始，這時體表長毛的動物開始出現，并逐漸成為陸地上和海洋中體形最大的動物。

這條白堊紀-古近紀（Cretaceous-Paleogene，通常簡稱為K-Pg，舊稱為K-T）界限不僅標志著恐龍、翼龍、滄龍和菊石的滅絕，還標志著6 600萬年前地球上3/4物種的大滅絕。沃爾特·阿爾瓦雷斯、斯米特和他們的同事想知道：究竟是什么導致了像有孔蟲這樣廣泛存在的微小生物以及體形更大的生物大規模滅絕的呢？

小行星撞擊地球

答案簡單明了，正如你可能已經聽說過的那樣，導致此次大滅絕的物質來自外太空，而非地球。

但是這樣的答案，就像你在報紙頭條新聞或教科書上見過的那種，它們既沒有對相關發現或事件進行公正的評價，也沒有告訴我們為什么6 600萬年前的這一事件，對于我們理解偶然在這個世界上所起的作用和我們人類這個物種的故事，是如此重要。

沃爾特·阿爾瓦雷斯、斯米特和他們的合作者對標志兩個時期界限的黏土層進行了化學分析，發現其中銥元素含量極高，該元素在地球上很罕見，但在某些小行星上含量極其豐富。5

K-Pg界限中存在銥元素，證明地球很可能曾在6 600萬年前被小行星撞擊過，并且在此撞擊中，太空巖石的碎片落在了意大利和西班牙境內。在篤定這種假設成立之前，人們還需要認真考察其他地方K-Pg界限中的銥元素含量。不出所料，沃爾特·阿爾瓦雷斯在丹麥哥本哈根城外和新西蘭的兩個K-Pg界限中都檢測到了較高含量的銥元素。

沃爾特·阿爾瓦雷斯的父親路易斯·阿爾瓦雷斯曾參與“曼哈頓計劃”，并且獲得過諾貝爾物理學獎。根據K-Pg界限中銥元素的含量，他計算了能在撞擊中將銥元素散布在地球表面的小行星的大小。計算結果表明這顆小行星直徑約為10千米。6

跟直徑13 000千米的地球相比，這顆小行星似乎算不上很大，兩者的體量差距相當于一顆乒乓球和一幢二層樓房之間的差距。關鍵的區別在于，小行星的速度極快，大約每小時8萬千米，因而穿過地球大氣層后，這個火球沖擊力極強，足以在地球上撞出一個直徑193千米、深40千米的隕石坑。這一撞擊激起大量的巖石碎片及塵埃，它們充斥地球的大氣層，甚至還濺躍到大氣層之外，遮天蔽日，使整個世界的氣溫急劇下降，并停止了這個星球工廠的食品生產。

沃爾特·阿爾瓦雷斯、斯米特和他們的合作者們在1980年提出了小行星撞擊地球導致物種大滅絕的設想。很多人認為這一開創性的想法有些激進，一些人則認為它太過驚世駭俗。自19世紀早期現代地質學誕生伊始，地質學家一直在強調地球上的變化是漸進性的，經過很長一個時期，緩慢而穩定的過程可以造成很大的變化。地質科學理論已經取代了《圣經》中有關大洪水和其他災難的故事。突發的災難性事件改寫了生命的進程，這一觀念不僅令人不安，而且也過于牽強，令很多科學家難以接受。

何況，隕石坑也是一個問題：193千米的大坑！當時地球上還沒有發現年齡適合且如此巨大的隕石坑。沒有證據的支撐，反對者自然可以固執己見。

但在隨后幾年中，人們發現了更多的K-Pg界限，對此做了大量研究（見圖1-3）。研究人員在北美洲的一些地區找到一些看起來很有價值的線索。比如，科學家在海地發現了大量的玻璃和黏土質地的球狀沉積物。7這些微小的球狀物是由隕石坑濺起的熔融巖石在落回地面過程中迅速冷卻而形成的。在該島上，人們還發現了只有在核爆炸或隕石撞擊情況下才能形成的沖擊石英顆粒。在得克薩斯州南部的布拉索斯河附近，種種跡象表明，當地曾出現過巨大的海嘯，一同發現的還包括隕石撞擊所產生的巖屑，這些都表明在墨西哥灣附近某處發生過隕石撞擊。

最終在1991年，人們在墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯（Chicxulub）村發現了一個直徑160千米的隕石坑，它的一部分位于該村地下，并且與K-Pg界限年齡相同。隕石撞擊的證據終于出現了。8

真實的世界毀滅

自希克蘇魯伯隕石坑現世后，包括地質學家、古生物學家、生態學家、氣象學家在內的眾多領域的科學家，都想方設法揭開K-Pg隕石撞擊觸發那場大滅絕的秘密，并且努力了解滅絕和幸存的物種都有哪些，以及背后的原因。我們現在已經知道，在隕石撞擊的當天以及之后的數天、數月乃至數年，情況其實比沃爾特·阿爾瓦雷斯和斯米特所能想到的還要糟糕。

小行星最終以每秒15.24千米的速度穿過大氣層，撞上了地球。這次撞擊引發了11級以上的地震，比有歷史記錄以來最強的地震還要強烈100倍。9這直接導致尤卡坦大陸架坍塌，并引發了200多米高的海嘯，席卷了墨西哥灣和加勒比地區。沖擊波將方圓1 609千米范圍內地面上的一切都夷為平地。

從隕石坑里掀起的巨大巖石被拋向四面八方。一層厚重的噴射物以每小時幾千千米的速度噴出并如雨點般濺落在北美洲的部分地區。與此同時，由超高溫空氣、二氧化碳、水蒸氣、硫蒸氣、汽化了的巖石、大塊的靶巖所構成的撞擊羽流，以大于地球逃逸速度（約每秒11.2米）的速度，將噴射物射入大氣層，然后升騰到大氣層外。最后，它們化作數萬億顆火紅的流星，回落到地球表面，這一過程持續了數小時。

這場流星雨規模驚人，足以將地球表面每平方米覆蓋上平均10千克小圓石。越靠近原爆點，流星落下得越多，隨著距離漸遠而逐漸減少。這場熔巖雨直接將大氣溫度加熱到烤爐的溫度，估計能達到204～316℃。10這樣的溫度，加之從天而降的巖屑，足以點燃干燥的易燃物并在全球引發野火。

野火反過來又產生大量的煙灰，夾雜著撞擊形成的塵埃、巨量的硫蒸氣和水蒸氣，這一切足以在數年內顯著地減少到達地球表面的太陽光照，從而阻礙了陸地及海洋中的光合作用和養料的生成。地表溫度快速下降了大約7℃或者更多，而且持續了至少數十年。11在富含碳酸鹽的撞擊地點產生的大量二氧化碳，經噴射進入大氣層后，也導致了海洋的快速酸化。12

這聽起來就像是一部好萊塢災難片的夸張描寫，但這卻是真實發生的世界末日。

此次撞擊留下的遺跡遍布全球，目前人們已確認了300多處K-Pg界限遺址。這一事件對于生命的影響，明確地反映在各處遺址出土的化石中。界限以上的世界（撞擊之后）與界限以下的世界（撞擊之前）完全不同。

受害的遠不止恐龍、海洋爬行動物和菊石。13在非水生動物中，體形但凡有比現代松鼠大的，都沒能幸存下來，而松鼠本身也一直沒有進化。這場大屠殺的過程異常清晰：生物先被炙烤，再被冷凍，然后一直處于極度饑餓狀態。

雖然這一撞擊直接毀滅的僅是大約方圓1 609千米內的所有生物，然而熱脈沖的影響卻是全球性的，它使得各處陸地上的動物都難以呼吸。那些從熱浪中幸存下來的動物還得忍受可能長達數周的野火，野火毀滅了森林和其他植被。如果還能在野火中幸存下來，那么這些動物還必須忍受多年的黑暗與寒冷，其間沒有任何新生植被。

植物化石記錄生動地揭示了陸地生命所面對的極端困境。盡管動物化石記錄數量繁多，但古植物學家能找到的植物記錄更為豐富，他們不僅能從巖石中找到植物殘存的部分，還能提取出大量的孢子和花粉。14在一個頂針般大小的沉積物中就有1萬～100萬個花粉顆粒，它們能全面地反映任何特定時刻的植物多樣性。花粉讓我們了解到那場徹底的毀滅：在南北兩個半球，在K-Pg界限之下，存在著豐富多樣的有花植物及樹木的花粉，而在該界限之上，這樣的花粉則幾乎不存在。相反，在該界限上方緊挨著該界限的地方，蕨類植物的孢子數量激增。不像有花植物的花粉必須落在能接納它的花上才能授粉成功，這些古代植物的孢子落在任何地方都可以繁殖。即使是在今天，蕨類植物也是最早能夠在已被摧毀的棲息地重新生長的植物，比如在火山爆發之后。蕨類植物的巔峰時期大約持續了1 000年。撞擊之后，在地球上重新出現的植物中，主要物種都與撞擊前的截然不同。物種滅絕程度在不同地區存在差異，在有些地方，物種滅絕比例最高達到了78%。

以上就是花和樹的遭遇，它們就像朱厄爾·埃肯斯（Jewel Akens）的那些舊時熱門歌曲般逐漸消失了。那么鳥和蜜蜂的情況又如何呢？它們也迎來了末日。

鳥類從獸腳亞目恐龍（霸王龍也屬于此亞目）中分化出來后，在侏羅紀晚期大約1.5億年前逐漸進化而成。在小行星撞擊地球之前，白堊紀晚期的天空中，有各種各樣的鳥兒在飛翔。15隨著全球范圍內森林的毀滅，這些鳥類中的大多數都消失了。同樣，有證據表明，起源于白堊紀中期并進化出與有花植物有著密切共生關系的蜜蜂，在撞擊事件之后同樣也出現了大規模的滅絕。16

數萬種植物滅絕，當時環境的糟糕程度可以想見。同樣，小小的有孔蟲的境遇也反映了當時海洋的類似狀況：70%或更多種類的浮游生物在撞擊事件發生后消失了。17由于植物和有孔蟲構成了陸地和海洋食物鏈的最底層，食物鏈中更高層的生物隨即也逐漸消亡了。

但是，盡管幾乎一切毀滅殆盡，仍有物種得以幸存。

按下生命的重啟鍵

科學家發現，最早的幸存者的化石就出現在緊挨著撞擊層上方的巖層中。盡管主要的陸生脊椎動物都遭受了巨大的物種損失，但它們還是存活了下來，這其中就包括爬行動物、兩棲動物、鳥類以及哺乳動物。

為什么一些物種能夠幸存而另一些則不能呢？這是個宏大的科學問題。

重要的線索來自幸存下來的生物的生活方式。鱷魚和海龜的生存狀況要比它們在陸地上生活的表親恐龍好得多，恐龍已經徹底滅絕了。18從整體來看，雖然并非所有種類的蛇都幸免于難，但其中大多數也渡過了危機。19鳥類中幸存下來的看起來都是體形相對較小、將巢筑在山洞和地穴里的類型或者是生活在海濱的那些。幸存的哺乳類動物也是體形較小的，可能也是住在洞穴里的那些。

鱷魚、海龜、濱鳥等水生的或者半水生的動物，看起來有些優勢。鳥類、哺乳動物、蛇類等有巢穴的動物同樣如此。這些因素對于躲避熱脈沖的襲擊是有幫助的。較小的體形或較慢的新陳代謝也會減少對食物的需求，這在困難時期同樣是一種優勢。另外，體形較小也使得繁殖速度加快，種群得以快速恢復。

隨著植被的恢復，這些幸存下來的小型生物就會填補空白，重新在天空中飛翔。每一種存活至今的物種都是這些幸運祖先的后代。

殘存的物種在世界上重新繁衍，這種景象被完全不同的多條證據鏈所證實。以鳥類為例，我們知道現存的鳥類大約有10 000種，而化石記錄也顯示，在白堊紀后期鳥類有5大族群，其中的4個族群完全滅絕了。20所有現代的鳥類都源自幸存的這一族。

最為有趣的是，通過檢測現代鳥類的DNA，我們可以很好地估算40種或主要鳥類種群的起源時間，如鸚鵡、隼、蜂鳥等。每個物種的DNA不僅包含著各自祖先的記錄，還有關于它與其他物種分化的相對時間記錄，其中的原因我會在第5章中解釋。幾年前，一大批研究人員完成了對所有現代族群代表的完整的DNA序列（基因組）的測定。鳥類的進化“樹”顯示，所有現存種群都是在K-Pg大滅絕中幸存下來的幾個譜系的后代，隨后鳥類的進化很快就開始了，鳥類世界的幾乎所有現代秩序都是在1 500萬年內形成的。21

由此產生的鳥類進化模式就像一棵樹，在大滅絕后所有的“枝杈”都是從一個共同的主干上分出來的（見圖1-4）。這種進化模式與其他動物的進化模式也很相似。青蛙的起源可以追溯到2億年前，但3個主要的青蛙族群，包括大約6 800種現代種群中的絕大多數，都是在大滅絕后才發展壯大的。22

哺乳動物也是這樣。化石記錄和DNA證據都表明，可能是大多數胎盤哺乳動物目的動物，如嚙齒動物、食肉動物、有蹄類動物等，但不包括有袋類動物，在K-Pg大滅絕后很快繁盛起來。23

想想大撞擊及其產生的后果所導致的這場大遴選塑造了生命的方向這一過程。這就像是按下了一個重啟鍵，在僅有少數幾個先前世界的留任者參與的情況下，重新開始了生命的游戲。統治陸地超過一億年的大恐龍消失了。隨后而來的世界以及它的居民看起來跟之前完全不同。

就物種而言，鳥類多于青蛙，青蛙多于哺乳動物。但我們不能把撞擊后的世界稱為鳥類時代或是青蛙時代，我們稱之為哺乳動物時代。這一命名在一定程度上反映了這樣的事實：哺乳動物很快進化出了更大的體形，食草動物和食肉動物共同占據了體形更大的恐龍騰出的空間。有些哺乳動物學會了飛翔，比如蝙蝠；有些則逐漸適應了在水中生存，比如鯨魚和海豚、海豹和海象、海牛和儒艮。當然還有靈長目動物，這是在大滅絕后出現的一種哺乳動物，是人類的祖先。

那么問題就來了：如果沒有小行星撞擊地球，還會有我們嗎？

幸運的撞擊

為了回答這個問題，我們需要認真考慮一些事情。

首先，哺乳動物在K-Pg大滅絕發生前已經進化得很好。它們與大恐龍共同存在了一億年。24從白堊紀后期開始，世界各地就有許多已知的哺乳動物物種。因此，恐龍的存在并沒有妨礙毛茸茸的哺乳動物的出現。其次，哺乳動物體形相對較小，說明它們只是填充了占主導地位的恐龍所沒有占領的犄角旮旯。最后，在恐龍消失的短短的幾十萬年里，哺乳動物的體形變得比此前一億年里的任何時期都大得多。25大滅絕后哺乳動物平均體形和最大體形的快速增長，說明恐龍是之前限制它們體形增長的主要因素。很顯然，如果沒有小行星的撞擊，統治地球長達一億多年的恐龍很可能仍然存在，因此靈長目動物就不可能出現，我們人類也就不會存在。

勝利者和失敗者之間的差別只是在于運氣的好壞。小行星撞擊引發的環境變化是任何生物都沒有經歷過的。沒有生物在它們的進化歷史里專門為這長達數年的地獄生活做好了準備。恐龍的倒霉之處在于那些讓它們占據了統治地位的特征，比如巨大的體形，這些特征恰恰也是讓它們變得脆弱的因素。一部分哺乳動物的好運也是因為它們的一些特征，比如體形小和穴居，這些特征反而增加了它們存活下來的概率，當然，大多數哺乳動物也滅絕了。

沒有小行星撞擊地球，我們存在的概率就很低但一顆足夠大的小行星撞擊地球的概率同樣非常低。K-Pg小行星留下的希克蘇魯伯隕石坑的發現引發了科學家對其他小行星撞擊事件的巨大興趣。結果卻發現在過去的5億年中，無論是地球還是月球——跟地球經受了差不多同等次數的小行星撞擊，都沒有任何一次小行星撞擊引發的地震震級能跟希克蘇魯伯撞擊事件相比。26要誘發一次大滅絕，小行星的體積很重要。由于只發現了這一次如此程度的撞擊，我們只能說希克蘇魯伯撞擊事件大約是5億年甚至更長時間不遇的。

而且，我們還發現，即便來的是一顆體積更大的小行星，撞擊的地點同樣重要。由于尤卡坦撞擊地點附近的巖石富含碳氫化合物和硫黃，撞擊產生了數量極其巨大的煙塵和能使陽光偏轉的氣溶膠。27地質學家認定，只有1%～13%的地球表面存在這種能產生類似毀滅性混合材料的巖石。28

如此小的目標范圍，同時地球又在以每小時1 609千米的速度自轉，如果這顆小行星早30分鐘撞上地球，它就會落入大西洋；晚30分鐘，就會落入太平洋。無論是過早還是過晚30分鐘，恐龍就還有可能繼續存在，那么，就不會有《泰迪熊》或是《泰迪熊2》了。但愿這樣的事不會發生。