狐臭 或许在国人印象中 那是黑人和白人的“专利” 而在14亿人同胞中 白人狐臭率达到90% 黑人甚至高达99.5% 而在中国 只有约5%的人发育狐臭 据不完全统计 东北地区狐臭人群比重约为1% 华北地区狐臭人群比重约为5% 华南地区狐臭人群比重约为10% 一路向南 越南、缅甸一带狐臭人群比重大于20% (全球狐臭人群分布示意图) ◤红色代表狐臭比重、黄色代表清爽 不禁好奇 究竟是什么原因造成这一现象呢? 现代医学研究证实 基因变异 导致了东亚人携带“狐臭基因” 大幅度减少 那么 究竟是什么诱发基因突变呢? 原来 我们的先祖 从炎热的非洲走出 大约在3~4万年前 进入温凉的东亚温带地区后 在内蒙古至东北一带定居 3~4万年前 面对天寒地冻的自然环境 先祖身体内部基因组中的 第16号染色体中部ABCC11基因上 导致大汗腺分泌减少 从而大大降低了国人发育狐臭的比例 改变了我们被臭味儿环绕的命运 ▼ ◤人体汗腺示意图@MAYO 也就是说 生存环境关系到生命演化进程 那么 究竟什么样的生存环境 决定了生命演化的方向 从而驱动了原始生命 从40亿年前的诞生 壹 40亿年以前 因缘际会、和合而生 原始地球 天空中电闪雷鸣、暴雨倾盆 地表上火山喷发、岩浆四溢 海面下黑烟滚滚、热泉滔滔 原始海洋如同一锅“有机汤” ▼ 富集了各种有机分子 终于某个旭日初升的时刻 有机分子聚焦在海底黑烟囱周边 ▼ 组装成一个特殊的大分子 可以进行自我“复制”“粘贴” 姑且称之为“复制子” (Replicator) 自我复制、生生不息 ▼ 如同现今的病毒 形成了最早的生命形态 38亿年前 第一层保护——细胞膜 炎热、缺氧、紫外线猛烈 这是早期生命的生存环境 众多复制子在原始海洋“群居而生” 经历了2亿年的逼厌生活后 其中某类“有远见”的复制子 率先在个体外围生成“有机质膜” 类似于一杯牛奶表面形成的薄膜 内部开展更为高效的分工与合作 拥有了RNA、DNA和蛋白质 演化出一个特别的生命混合体 进而从外部恶劣环境独立出来 建立起一个独特的“保护膜” ▼ 就这样 在极端严酷的生存环境中 诞生了最早的细胞 形成了所有生命的共同祖先 统治了地球38亿年 ▼ 35亿年前 能量工厂 共同祖先的后代繁衍了3亿年 早期生存环境再次日趋恶化 或许是营养物质的日渐减少 原始生命再次面对命运的抉择 面对每天迎面而来阳光 如何有效地获取营养 成为每日劳作必备的技能 一些“智慧”的原始细菌(蓝藻) 选择阳光作为能量之源 合成生命所需的营养物质 演化出最早的生命工厂 “光合作用” 但是 早期光合作用仅仅提供能量 并不能直接生成氧气 30~25亿年前 氧气有毒 光合作用又经过了数亿年后 一些生活在海洋表层的蓝藻 每天面对剧烈的阳光曝晒 痛定思痛、演化出新的生存战略 仍然选择太阳光作为能量来源 以水为还原剂 将二氧化碳转化为两个部分 一部分是糖类、为自身提供养分 另一部分是氧、作为副产品排放出去 在局部浅水地区形成含氧气的小环境 类似于沙漠中绿洲 科学家称之为“氧气绿洲”。 (Oxygen Oasis) 这些氧气悄悄改变着自然环境 长期习惯厌氧环境的原始生命 此时、氧气却是有毒的 ▼ 24.5~22亿年前 提高效率——有氧代谢 亿亿万只蓝藻 经过亿万年孜孜不倦的光合作用 吸收二氧化碳、排出氧气 终于结出累累硕果 氧气开始充填早期大气层 此时的大气氧浓度 激增至现代大气含氧量的1% 科学史称“大氧化事件” 生存环境发生了剧烈变化 在有氧环境的持续激发下 原始生命 由最初讨厌氧气 渐渐地爱上氧气 毕竟 氧气的加入能显著提高生命效率 有氧代谢的能量利用效率 远高于厌氧发酵生存方式 (大气含氧量演化示意图) ▼ 24~21亿年前 地球经历了大冰河事件 ▼ 对于占据海洋的原始生命来说 (细菌和蓝藻) 这次严寒无疑是一场沉重的打击 当温度持续降低时 寒冷会冻结生命体 造成大批原始生命消亡 而一些坚强的蓝藻 却在恶劣的环境中 演化出新的生存技能 生成特殊的抗冻物质 来保证自身生命机能的运转 还有一些细菌 学会了休眠 以求度过难关 ▼ 21亿年前 真核细胞 自然环境开始转好 大气中含氧量较为稳定 原始生命 经历过天寒地冻的磨砺后 一些贪婪的大体型原核细胞 开始放弃自我生产有机养分 转而张开自身较大的细胞膜 悄悄包裹(捕食)其他小体型细胞 以这些细胞有机体作为食物 汲取营养、养肥自身 然而 小体型细胞亦不甘心束手就擒 为了防止被猎食 早已进化出一层“保护膜”。 直到某个阳光明媚的午后 大体型细胞再次捕获到小体型细胞 但摄取小体型细胞的行动却失败 短暂的猎食演化为永恒的共生 捕食者与被捕食者发生了共生关系 一类小体型细胞 能够进行光合作用 能为大体型细胞提供原料 渐渐演化为叶绿体 另一类细胞 能够进行有氧呼吸 并为宿主细胞提供能量 慢慢演化为线粒体 (真核细胞演化示意图) ▼ 终于 经过无数次的“演习和实验” 细胞核也开始形成发育 生命的一小步(第一步) 真核细胞 在激烈的生存环境中诞生了 它是组成高等级生命的基本单元 标注着生命演化进入新的阶段 ▼ 也正是这一过程 大气富氧环境 迫使一种特殊的厌氧细菌 也钻入了寄主细胞中 21~18亿年前 多细胞生物 当原始生命拥“核”之后 真核生物取得了显著的生存优势 原始生命迅速分化出个体大小差异 对于体型较小的真核生物来说 江湖依然在厮杀 生存压力依然存在 生命继续思考 “如何才能更好地生活?” 面对杀机四伏的江湖危局 某个小体型生命率先挺身而出 率先发出掷地有声的呼声 “天天瞎混是等死、团结起来抗争或许有活路” 于是 它们为了追求美好的明天 团结起来、各司其职、共同生活 组建一个多细胞共同体 形成了早期的多细胞生物(如藻类) ▼ 多细胞生物 是生命演化史上重大事件之一 为后续更复杂的生命演化迈出了关键一步 生命的一大步(第二步) ◤多细胞团藻显微照片@Armin Hallmann 但是 迈出第二步、走向第三步 却持续了10亿年 18~8亿年前 无聊十亿年 当时大气层含氧量 长期保持现代大气含氧量的0.1% 低的含氧量抑制了生命演化的步伐 因而推迟了生命多样化进程 多细胞生命并没有进一步发展壮大 特别是没有演化出典型的多细胞动物 (后生动物) 被学界戏称“无聊十亿年” (BoringBillion) 但是 这段时间或许并不是真正的“无聊” 15亿年前 有性生殖 在“无聊十亿年”中 生命演化步伐并没有停止 原始生命追求活着的意义 一是为了美好的明天 二是为了繁育更多的后代 早期繁育后代的方式简单明快 比如有丝分裂的方式 直接把身体分裂开来 每一部分单独发育成长 但是随着生存环境的变迁 这种繁殖方式的进化速率很低 致使物种多样性发展十分缓慢 ▼ 偶然之间 两种相同类型的生殖细胞 经过简单的融合后 充分交换DNA等遗传物质后分开 孕育出生命力较为强大的后代 形成了早期有性生殖模式 8亿年前 动植物“分家” 生命演化到这一刻为止 一直属于原始菌藻类的范畴 从细胞的形成到真核细胞 从真核细胞到多细胞生物 并没有出现演化出多细胞动物 当时间的步伐迈向8亿年前 光合作用持续积累 大气含氧量已经达到现今氧气水平的6~7% 氧气在高空中形成臭氧层 臭氧层如同生命的保护伞 抵挡所有有害的紫外线辐射 正是有了这道防护伞 生命演化出多细胞动物 原始后生动物应运而生 早期类似于蠕虫和海绵 动植物“分家”后 迅速分异出生产者和消费者 演化出捕食者与被捕食者 动物的出现 这是生命走向高级的第三步 现存的纤毛虫与动物的先祖相似 7.5~5.8亿年前 有生存压力才有演化动力 陆地帝国——罗迪尼亚大陆解体 潘诺西亚大陆的形成 ▼ 增加了大陆边缘海的范围 增强了大陆风化作用 促进了多种生物的原始生产率 加大了全球范围内有机碳埋藏 导致大气二氧化碳的急剧下降 致使地球表面温度大大降低 原始地球遭受了一次严重的冰冻 以至于全球陆地全部被冰川覆盖 地球上的海洋也几乎被完全冻结 整个地球就像一个巨大的“雪球” 科学界形象地称之为 “雪球地球”(Snowball Earth) ◤国际空间站俯瞰北半球冬天@NASA 环境灾变 再次重创生命的演化进程 但是 生命从未因挫折而屈服 将严酷的生存压力 演化为前进的动力 事实上 原始生命 在雪球地球发生之前 大多数个体微小、肉眼不可见 ▼ 在雪球地球发生之后 经历了天寒地冻的压力测试之后 一旦环境转好、身材迅速增长 5.8~5.4亿年前 左右对称 地球从冰雪世界走出后 大气含氧量也达到了现今数值的10% 海洋中漂浮着巨量微体生物(食物) 海水中含氧量也显著提升了 于是 生命的蛰伏是为了更好地绽放 迅速演化出个体更大的生物 绝大多数是肉眼可见的生物 再也不是细微的早期生命 一部分动物为了更好获取氧气和食物 身体迅速横向或纵向发展 发育为扁平的薄饼状 一部分动物开始张牙舞爪 生长出附肢、并呈两侧对称 (节肢动物) 形成了著名的埃迪卡拉生物群 首次出现大量两侧对称的原始生命 ▼ 那么 原始生命为什么要两侧对称呢? 原来 早期的埃迪卡拉动物群 生活在伊甸乐园 海水中的营养物质异常丰盛 它们不需要刻意捕食 亦不需要躲避别人的捕食 只要摆好姿势、躺着过滤海水 就可以汲取营养、活的有滋有味 ▼ 然而 生命个体之间的社会环境开始恶化 总有一些贪婪的家伙 习惯于吃“肉”之后 再也不愿意吃斋饭了 迅速演化身强力壮的捕食者 但是 其他生命亦不愿坐以待毙 纷纷开始练就快速逃避的能力 演化出在水体中运动最优化的体形 这就是两侧对称的流线形 可以大大减少摩擦力 于是 被捕食者由于需要逃命 捕食者由于需要快速出击 身体纷纷演化为两侧对称 虽然生命表现出欣欣向荣的盛世 而一场天灾却悄悄降临 ▼ 当自然环境再次发生恶化 多数埃迪卡拉生物就消失了 这是生命第一次朝向宏体化发展 也是一次不成功的尝试 却为后续成功的尝试积累经验 环境灾变 再次改变生命演化的轨迹 难道 生命就这么不堪一击? 贰 5.41亿年以来 地球进入新时代 ▼ ◤寒武纪以来地质时代示意图 见证了生命的顽强 血腥与屠戮 爆发与灭绝 原始生命历经多次环境灾难 承受了五次大灭绝 开启螺旋式演化之路 ▼ 5.41~4.85亿年前 生命大爆发 地球迈入了寒武纪 全球陆地四分五裂 海岸线大大增加 气候转暖、冰川融化 海平面升高、淹没大片低地 形成了分布广泛的浅海地带 特别是这一时期的浅水泻湖 是原始生命的“伊甸园” 原始生命不再囿于少数种群 ▼ ◤动物生命树@Leonad Eisenberg 内心开始迅速膨胀 在短短2000万年内 进化出20个现生动物门类 (现生后生动物门类共38个) 以及6个已灭绝的门类 ▼ ◤澄江动物群门类物种丰度饼状图(n=228物种)@赵方臣 其中就包括人类远祖的祖先 (海口鱼或丰娇昆明鱼)。 ▼ 眼观六路 大气成分的变化 改变了太阳到达地球的光量 视觉进化所需的外在环境悄然改变 那些“先知先觉”的原始动物 迅速进化出眼睛 视觉为一日三餐带来便利 诱发了自然界的捕食与防御 由于捕食者能够看到、追捕、杀死猎物 进而为后期装备各种“捕食套装”奠定基础 比如牙齿和颌骨 作为回应 一些体型较小的原始动物 装备诸如贝壳之类的保护性硬件 以保护较小的躯体免受捕食者的侵害 三叶虫 是第一批进化出真正眼睛的原始动物 头部两侧有一对复眼 ▼ 每个复眼都是由许多个透镜组成 (有些超过15000个) ▼ 4.85~4.43亿年前 向陆地进军 随着冈瓦纳陆地王国的裂解 分裂成多个不同的岛屿 原始生命自寒武纪大爆发后 多数生活在陆地周缘的浅海中 便随着洋流漂向不同陆地的周边 ▼ 气候适宜、浅海广布 同一祖先的后代在不同的海域演化 环境的差异导致物种的分异 最终演化为不同的新物种 形成了奥陶纪生物大辐射 从此生命群体开始枝繁叶茂 植物登陆 随着不同物种的不断涌现 浅海区域开始变得拥挤不堪 面对这一困境 生命又将如何应对? 终于 海水中一粒藻类 渐渐孕育了探索陆地的“初心” 每天遥望着幅员辽阔的陆地 在一个月黑风高的夜晚 原始植物率先向陆地进军 最初沿河流与陆地交界的水边生长 动物登陆 一些节肢动物尾随其后 类似于蜈蚣或者马陆 开始踏入万籁俱寂的陆地 在苔藓丛下的泥土中掘穴生活 以苔藓植株和孢子为食 搭建了最早的陆地生态系统 从此 ◤早期的节肢动物在陆地活动 4.43~4.19亿年前 有下巴的感觉真好 原始生命占据陆地之际 此时的海洋才是生命的主战场 早期的生命进食方式一直比较原始 用嘴巴直接“吸入式”进食 生命个体之间生存环境的竞争 迫使一些“有远见”的鱼类 厌倦了这种效率低下的进食方式 迫切需要更高效的方式 以求在激烈的生存竞争中占据一席之地 ▼ 于是开始冥思苦想、勤加锻炼 终于进化出“下巴”(颌) 在觅食中可以迅速张开大嘴 然后快速抬升下颌、把猎物吞下 以求获取更多的食物 ◤有颌类盾皮鱼纲邓氏鱼在捕食@Karen Carr 颌的出现 标志着脊椎动物 由被动的滤食向主动的捕食过渡 大大提高了脊椎动物的捕食与适应能力 从而使脊椎动物成为“顶级捕食者” 爬上了整个食物链的最顶端 有颌类脊椎动物迅速登上地球大舞台 4.19~3.59亿年前 一条探索陆地的鱼 随着早期节肢动物的登录 陆地上生态系统已经多样化 有这样一种鱼类 提塔利克鱼(Tiktaalik) 经常穿梭于溪流的浅水岸边 抬头遥望辽阔的陆地盛景 勃勃生机、食物充沛 低头审视这浅水区的环境 生活逼仄、食物匮乏 按捺不住内心勇往直前的冲动 “陆地那么大、它想去看看” 终于在一个风和日丽的清晨 尝试着登上陆地、探索新生活 提塔利克鱼具有强大的肉鳍 类似于现今的弹涂鱼 ▼ 在水中用鳃进行呼吸 水体干涸时、用肉鳍在泥砂中追捕猎物 变得十分适应陆地生活 它在成年时成功登陆 然后回到水中产卵、孵化后代 演化为四足动物 这就是两栖类动物的起源 其实 我们人类 就是一种超级改良版的“鱼” 用“胸鳍”挥动工具 3.59~2.99亿年前 先有蛋、后有鸡 第一条鱼登陆以后 迅速演化为两栖类爬行动物 两栖类只能在在水体中繁衍后代 通过类似现今青蛙产卵的方式繁衍后代 面对陆地缺水且炎热的自然环境 这种生殖方式严重制约了其生存半径 生命演化再一次受到环境的约束 难道 生命前进的脚步会就此而止吗? 到了3.4亿年前 生存环境迫使生命再次进行改进 一种新型爬行动物横空出世 它外表类似于现今蜥蜴 ▼ 在陆地上产出具有一层羊膜覆盖的卵(蛋) 然后直接孵化后代 进而摆脱了对水的依赖 演化为羊膜动物 这种最早期的“蛋” ▼ 开启生命机制的创新 从此开启向内陆进军的步伐 占领陆地上更广阔的生态领域 打造出一片新天地 而真正的鸡 还要在2.5亿年之后才来到地球上 注释:虽然最初的羊膜卵并不含有硬壳,但是羊膜卵的进化使得蛋可以在陆地上诞下,这是四足动物胚胎的生存优势,也使得羊膜动物从两栖类动物分离出来。又经过3000万年之后,蜥形类(包含了鸟类与非鸟类、非哺乳类爬行动物)里分离出合弓纲(包含了哺乳动物)。1.5亿年前,才进化出始祖鸟,8500万年前,才进化出类似于鸡的动物——鸡形目。从这个角度来说,石炭纪已有蛋的存在、而鸡还要在2亿多年之后才出现。 2.99~2.52亿年前 生命大灭绝 地球陆地王国为了争抢地盘 纷纷吸纳海洋中各大岛屿 开始“拥抱-挤压-碰撞”模式 火山喷发、岩浆四溢、硝烟四起 终于在2.52亿年前 巨量火山喷发导致环境巨灾 很多生命还没来得及做出应对 在家园中突然被谋杀了 ▼ ◤2.6亿年前海陆格局 这次环境灾难从地球上抹去了 约95%的海洋生物物种 约75%的陆地生物物种 是历史时期最惨烈的生物大灭绝事件 ▼ 这就是二叠纪生物大灭绝 在地球上留下了巨大的生态空间 然而 生命就会这么容易离场吗? 2.52~2.01亿年前 飞向蓝天 二叠纪生物大灭绝过后 又经过3000万年 地球生态系统才完全复原 残存的生命经受了环境的严酷考验 就开始以更加迅猛的步伐前进 开始迅速复苏、占据陆地和海洋 而陆地上却是一场血腥与屠戮 古鳄鱼是这一时期的陆地霸主 有一种类似蜥蜴的爬行动物 为了生存、躲避追捕 每天奔跑、疲于自保 闲暇时刻都在仰望天空 看到昆虫类在天空中飞来飞去 开始按奈不住“蠢蠢欲动”的初心 在一个旭日东升的清晨 发出一声怒吼“再也不能这么活!” 终身一跃、飞向蓝天 探索天空的浩渺与深邃 演化为会飞行的翼龙 几乎同一时期 恐龙也来到了地球上 最初只有一条小狗般大小 哺乳动物亦开始出现 体型更为细小 或许只有曲别针大小 瑟瑟发抖地生活捕食者的魔爪下 ▼ 2.01亿年~6600万年前 当吃成为最大乐趣 “胖”就是一种必然 全球气温开始升高 陆地的植被开始出现显著变化 蕨类植物逐渐被松柏类植物取代 ▼ ◤马门溪龙在觅食、前景是苏铁 这些裸子植物属于碳三植物(C3) 叶肉细胞较分散、木质化程度低 对于植食性恐龙来说 无疑是一道易于消化吸收的佳肴 ▼ 这一时期 对于恐龙来说 环境优美、缺少天敌、食物丰盛 这里就是天堂 于是 “吃”就成为一种爱好和享受 植食性恐龙为了提升吃的效率 更大范围咬食树叶 直接演化出长度惊人的脖子 它们竟然还放弃了咀嚼功能 嘴巴咬取树叶后 直接通过长脖子进入肚子 身体朝向巨型化道路发展 个头可以达到30~40米长 ▼ 而肉食性恐龙也不甘示弱 为了捕食到猎物 能吃到更多的肉 纷纷演化为体型巨大的猎手 它们努力维持着当时的生态环境 共同统治着当时的地球 ▼ 而这一时期的哺乳动物 体型类似于一只老鼠 长期生活在恐龙统治的阴影中 耐心地等待着环境的变迁 它们 需要一个机会 ▼ 叁 公元前6600万年 福兮祸之所伏 或许是某个月明星稀的夜晚 当一条霸王龙在北美某地 饕餮大餐之后 发现夜幕中一颗星星闪烁 正变得越来越亮 霸王龙起初并没有在意 只是用眼角微微瞄了一下 或许在它的记忆里 它才是这片陆地王者 可以无惧任何风险 于是就漫不经心地躺下了 或许到了黎明时分 这颗直径约为10千米的小行星 掀起惊天一颗“巨雷” 把大气层炸开一个巨洞 撞向了墨西哥的尤卡坦半岛 ▼ 相当于70亿颗投向广岛的原子弹 释放出100万亿吨TNT炸弹爆炸的威力 霸王龙来没来得及做出反应 便和其他恐龙一道 掩埋在厚厚的灰尘中 环境剧变却改变了哺乳动物的命运 从此 地球生命史开始改写 祸兮福之所倚 一部分哺乳动物因身姿娇小 或潜伏于地下而免遭厄运 它们熬过这场大厄运之后 迅速占据了恐龙遗留下的生态空位 翻身农奴把歌唱 开启了崛起之路 迅速演化出灵长动物 5500万年前 阿喀琉斯基猴 穿梭于湖北的江汉平原丛林 ▼ 1800万年前 非洲原康修尔猿 成为了长臂猿、猩猩和人的共同祖先 1300万年前 人亚科从猩猩亚科分离出来 加泰罗尼亚皮尔老尔猿 是人和各种猩猩的共同祖先 1000万年前 人族从大猩猩族分离出来 700万年前 当气候开始变得寒冷干燥 连绵不断的森林渐渐消失 草原开始大面积分布 一只不安于现状的黑猩猩 纵身一跃、跳向地面 非洲乍得沙赫人诞生 ▼ 从此 人亚族从黑猩猩亚族分离出来 ▼ 开启了人类接管地球的时代 ▼ 至此 生命 在自然环境中选择适应与创新 在社会环境中开启竞争与协作 用40亿年的艰辛历程 告知我们芸芸众生 当你身陷逆境之时 请不要屈服、学会革新 当你顺风顺水之际 请不忘初心、砥砺前行 简而言之 环境改变命运 创新引领未来 新的一年 祝愿诸位 如6600万年前的哺乳动物远祖 长期的蛰伏拿到属于自己的舞台 或者像700万年前的先祖 努力一跃开启华丽的人生 主要参考文献: 环球地理志 Earth-Sci |
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