第二章 巖石中的記載
The Record of the Rocks

生命的起源

直到現(xiàn)在，生命最開始是如何出現(xiàn)在地球上的，也沒有一個確切的結(jié)論。生物學(xué)家認為，生命發(fā)源于溫暖的淺水中，或者是沿海的水洼和潟湖里。這些最初的生命不過是一種簡單的有機物，隨著時間的推移才有了明顯的生命特征。

現(xiàn)在地球上的環(huán)境已經(jīng)和生命起源之初大不相同，所以也就沒有了適合的物理化學(xué)條件，更沒有了正在形成中的生命。如果生命是在自然條件下緩慢成型，那么總有一天科學(xué)家會模擬出這一過程。不過在此之前，這一切還都僅僅是猜測罷了！在科學(xué)的道路上，永遠不會缺乏爭論和對手。

在生命剛剛出現(xiàn)的時候，大自然和現(xiàn)在的情形很不一樣。與現(xiàn)在相比，那時大氣的密度要大很多，天空經(jīng)常被烏云籠罩，風(fēng)暴肆虐。大地上，火山等地質(zhì)運動頻發(fā)。大雨落在寸草不生的原野上，匯集成湍急的河流。河水裹挾著泥沙，奔流入海。這些泥沙沉淀下來，就慢慢形成了板巖、頁巖和砂巖。地質(zhì)學(xué)家曾經(jīng)仔細研究過這些堆積而成的巖石，試圖從中找到生命的痕跡。可是，也許是因為最早期的生命都是柔軟而纖細的，所以在堆積層中沒有留下任何痕跡——直到生命進化出了骨骼或者堅硬的骨質(zhì)外殼，它們才在死后留下了化石印痕，供人們研究探索。

對于化石和巖石堆積層的先后堆積順序，地質(zhì)學(xué)家們花費了大量時間去進行研究。他們發(fā)現(xiàn)，最古老的巖石形成時，地球上還沒有大海。因為氣候炎熱，所以“海水”還都以水蒸氣的形式存在著。濕度飽和的大氣中陰云密布，滾燙的雨水澆下來，可還沒等到達地面，就又被炙熱的空氣蒸發(fā)回了空中。這種溫度極高的空氣促使原始地球表面的物質(zhì)發(fā)生變化，它們凝固成了最古老的巖石。

那個時候，地球表面的溫度是在不斷下降的，所以經(jīng)過了千百萬年以后，雨水終于落在了地表溫?zé)岬摹倓傂纬傻膸r石上。這些雨水匯集成江河，又在低洼處停留下來，形成沼澤、湖泊和最初的海。湍急的河水夾帶著泥沙，奔流入海形成堆積層。這時候，才是前面我們說的生命剛剛開始出現(xiàn)時的情景。因為堆積層是一層層積累而成的，所以地質(zhì)學(xué)家們將之稱為“地層”，這樣形成的巖石就被稱為“沉積巖”。

沉積巖是很規(guī)律地一層層地保留在地球上的嗎？不是。多年研究發(fā)現(xiàn)，沉積巖不僅不是很規(guī)律地一層層地排列起來，相反它倒像是被折皺的書頁一樣混亂不堪。之所以這樣，是因為巨大的火山擾動和地球巖殼的潮汐引力的牽扯，讓這些堅硬的巖石也不得不屈服了。所以，我們才會在很多地方看到最古老的原生巖暴露在地面上，而后來形成的巖石卻被埋在了地下。在北美大陸的加拿大部分地區(qū)，我們就可以看到裸露在地表的原生巖。

下面我們來看看這些分層的巖石。

首先要說明的是，據(jù)測算，地球上現(xiàn)有的巖石總共記錄的歷史有46億年。也就是說，最早的巖石生成于46億年以前。而在這些巖石中，至少21億年的沉積層里沒有任何生命出現(xiàn)的跡象。地質(zhì)學(xué)家習(xí)慣把這沒有生命的年代稱為“冥古代”和“太古代”。其中前38億—前25億年為“太古代”。在“太古代”形成的巖石就是“太古代巖石”。當(dāng)然，也有生物學(xué)家認為太古代也是有原始生命的，但是因為沒有確鑿的證據(jù)，所以無法下最終的結(jié)論。

從太古代巖石向上層巖石看，我們會發(fā)現(xiàn)巖石中出現(xiàn)了許多細小的生命跡象：藻類植物的痕跡、蟲子在海灘上爬過的痕跡和微型生物的骨骼痕跡。這個能夠看到古生物出現(xiàn)的痕跡的時代，被地質(zhì)學(xué)家稱為“元古代”。從這時起，地球進入了一個神奇的時代。

從元古代巖層開始，生命的跡象越來越多。等到達更高一層的古生代巖層的時候，生命已經(jīng)呈現(xiàn)出豐富多彩的景象了。在古生代巖層，我們可以看到各種不同的貝殼類、植物狀動物和類似的爬行生物——蠕蟲的痕跡。這一時期生物的代表是“三葉蟲”——它能夠把身子蜷縮成球狀，會爬行。幾百萬年以后，大海中又出現(xiàn)了一種適應(yīng)性更強的生物——海蝎。海蝎在那個時代堪稱生物界的霸王，因為它們當(dāng)中體型大的已經(jīng)有9英尺長了。它們是當(dāng)時最高級的生命。

那么，陸地上的動物、天空中的鳥類呢？在古生代的巖石層中，我們沒有找到絲毫它們存在過的跡象。所有的生命都存在于大海中，甚至就連海里也沒有高等級的脊椎動物。如果我們想仔細地查看一下那時候生命的狀態(tài)，最好的途徑就是在溫暖的夏天從水溝中取一滴水，放在顯微鏡下觀察。顯微鏡下，我們看到的那些微小的生物，除了體積以外，和古生代的生命沒有太多的區(qū)別。

緊挨著古生代巖石的上一層巖石是中生代巖石。中生代巖石標(biāo)志著地球生命進化進入了第二個樂章。在這個長達1.8億年的漫長時期里，巨大的爬行動物稱霸了世界。關(guān)于它們，后面我們會詳細介紹。接下來是持續(xù)了6500萬年之久的新生代。直到現(xiàn)在，我們也還處于新生代之中。

通過研究巖石，我們得知了整個生命進化的歷程。在此過程中，化石功不可沒。巖石與化石結(jié)合在一起，我們就擁有了“巖石中的記載”，這是關(guān)于地球生命的最傳奇的史書。當(dāng)然，這部古老的著作并不是那么容易閱讀的，因為它不會井然有序地呈現(xiàn)在我們的面前。就像前面我們曾經(jīng)提到的，它就像一部被撕毀、散亂、夾雜、棄擲、涂抹過的圖書。不過即便如此，人類還是依靠智慧讀懂讀透了它。

最后要說明的是，對于化石，人類起初并沒有認識到它的巨大價值。公元前6世紀(jì)的希臘人就已經(jīng)知道化石的存在。公元前3世紀(jì)埃臘托斯特訥就曾和別人在亞歷山大城討論過它，這次討論的過程被記錄在斯特拉本所著的《地理學(xué)》一書里。可是他們都不知道這些帶痕跡的石頭到底意味著什么。直到16世紀(jì)，達·芬奇才成為第一個關(guān)注化石并研究出其蘊含意義的歐洲人。從那時起，人類開始專注于研究地球生命的歷史。

進化與突變——大自然中的物競天擇

不管是現(xiàn)在的人類，還是古生代大海中浮游的原始生命，都在一代代不斷地誕生、死去。這種繁衍更新會帶來一種奇妙的后果——進化。我們很容易發(fā)現(xiàn)，許多剛出生的生命和它們的父母有著細微的差別，而這些幼體之間也不會完全一樣。這種一代代出現(xiàn)的差別會導(dǎo)致什么結(jié)果？

同一個母親生下的孩子有強壯的，也有羸弱的。這些不同情況的個體間會有不同的成長際遇。刨除偶然的外界因素造成的影響，大多數(shù)時候，那些強壯的個體會更適于生存和繁殖。與之相比，那些羸弱的則更難獲得食物、戰(zhàn)勝敵人和渡過難關(guān)。這樣一來，我們就可以說，每種生物的每一代個體，都要面臨優(yōu)勝劣汰的自然選擇。這種選擇我們稱之為“物競天擇”，或者叫作“進化”。進化讓每一個物種都在變得更加適應(yīng)它所存在的環(huán)境，可問題是，這種生存環(huán)境并不是永遠不變的。

環(huán)境變化，讓生活在這個環(huán)境中的物種面臨了危機。這些生物物種之所以沒有因此而滅絕，是因為一種叫作“突變”的情況出現(xiàn)了。這種突變的表現(xiàn)是，物種的某一個個體突然呈現(xiàn)出和其同類截然不同的特征。這種突變會造成三種結(jié)果：突變妨礙新個體的生存；突變有力促進新個體適應(yīng)新環(huán)境；突變對生命種群沒有影響。三種突變中，如果是第一種，那么新個體就會被自然淘汰；如果是第二種，族群就會向好的方向進化；如果是第三種，那么對自然、對種群都不會有明顯的影響。突變的直接原因現(xiàn)在我們還不是很清楚，但它毫無疑問給物種帶來了變化，是自然的選擇。正是通過這種生物天然的實驗、自然的選擇，生物種群出現(xiàn)了滿足環(huán)境需要的變化。對此，我們可以列舉一系列案例加以證明。

有一種長著厚厚白色絨毛的小動物，生活在終年積雪的嚴(yán)寒地區(qū)。它身上的白色厚毛不僅能夠御寒，而且有利于它隱藏行蹤、躲避天敵傷害和捕食獵物。如果這種白色小動物的后代中發(fā)生進化突變，而且這種突變的表現(xiàn)是毛更白更厚，那么毫無疑問，這種突變對它就是有利的。可一旦有一天，氣候變暖積雪消融，這身厚厚的白毛就會變成累贅——因為它太惹人注意了。這時候，以往那些不利的突變，比如毛色變成褐色、厚度變薄，就成了有利的突變。自然最能夠抓住有利于生物種群的突變。當(dāng)每一代小動物中的白色個體都早早死去，而褐色個體則能繁衍生息，那么經(jīng)過一段時間的進化，這種小動物就都會變成褐色的。這種變化需要時間。環(huán)境變化太快，以至于生物無法及時改變自己的毛色，會出現(xiàn)什么結(jié)果？也許這種動物就會滅絕了。如果沒有滅絕，那么就出現(xiàn)了物種的變更。

許多物種都是分布極廣的。這樣一來，也許就會出現(xiàn)某一地區(qū)的物種隨環(huán)境變化而發(fā)生變化，可另一地區(qū)的同物種卻沒有變化。于是，同一物種的分支就出現(xiàn)了。千百萬年后，隨著兩個分支個體突變的差異的累積，它們之間的區(qū)別越來越大，最后就可能成為完全不同的兩個物種。這一過程——一個物種經(jīng)過數(shù)代的演變，分化成為兩個甚至更多個物種的過程，就叫作“物種分化”。

物種分化的過程并不難以理解，而且生命的進化一定會按照這個方式進行；變更，分化，舊物種的消亡，新物種的產(chǎn)生……這就是大自然的物競天擇。前面我們以之為例的白色小動物是這樣，大自然中所有的生物也都是這樣。至于生活在古生代淺海里的那些最早期的生物——例如水母——自然也不會逃脫這個規(guī)則。那些在潮汐中浮游了幾億年的軟體動物和早期簡單生物，全都會發(fā)生變異和突變。在這種突變中，更多的物種，包括兩棲動物和陸地動物，都慢慢出現(xiàn)了。

與動物相比，人類的突變和進化顯得很緩慢。西歐人需要成長到20歲才會結(jié)婚生子，繁衍后代，而動物這個時間則要短得多。在同樣長的時間里，動物比人類有更多的機會發(fā)生突變。至于那些簡單的低等生物，比如古生代海里的原始生物，幾個小時甚至幾分鐘就會繁殖一次，它們發(fā)生突變的概率之大可想而知。在那種情況下，巖石沒有及時將所有物種全部記錄下來，也就在所難免了。

總之，我們可以認為，巖石的記載是一種大概的、全面的記載。不管是動物還是植物，在巖石中都可以找到其代表了。而且，動植物的分化也已經(jīng)清晰明了——動物就是動物，植物就是植物。即使是在古生代，酸漿介也已經(jīng)在它們的殼里，吃著現(xiàn)在那些牡蠣、貽貝所吃的東西；巨大的海蝎在海草中間爬行，三葉蟲蜷縮成球，伸縮蠕動……

當(dāng)然，古生代所有這些生命的跡象，還都僅僅是存在于海洋中，而在海洋之外的陸地與天空中，依然是一片死寂的世界。