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地球在历史上海洋和大陆的比例是2:1，但其实在24亿到21亿年前，地球表面100%被冰覆盖：这是一个雪球地球的场景。以下是生命本身如何造成地球历史上最大的气候灾难。尽管在4十亿年前地球形成时，它只是一个几亿年后有生命诞生的世界。从那时起的这么多年里，它蓬勃发展，不断进化。 但在地球形成20亿年之后，生命几乎灭绝。氧气的逐渐加入慢慢地改变了大气，这对当时地球上最常见的生物体来说是致命的。几亿年来，地球进入了一个可怕的冰河时代，整个表面都被冻住了：今天我们称之为“雪球地球”。这场灾难几乎彻底毁灭了地球上的生命。  酿酒酵母是一种用于酿酒和其他发酵产品的酵母，如图所示。在糖蜜等富含糖分的溶液存在的情况下，酵母细胞的数量会激增，但它们在生物学上的成功是有限制的。生物课上最简单的实验之一就是把一组细胞放入营养液中，就像糖蜜中的酵母。这些生物最初会非常成功，因为食物充足，没有对资源的竞争，它们可以很容易地生存和繁殖。如果可以数一数里面的生物，就会发现这个数字呈指数增长。 但在短期内，这一切都会改变。 酵母通过发酵过程消耗食物。这些细胞以糖为食，将糖转化为酒精、三磷酸腺苷和二氧化碳作为废物。但是如果有一个液态水，向它加入二氧化碳，就会形成碳酸。到了某个临界点，它的酸性变得太大，酵母菌无法存活，种群就会崩溃。  在分离的富糖溶液中，酵母细胞的数量会随着时间发生变化。它首先呈指数增长，然后上升将趋于平稳，接着种群数量将下降并崩溃，因为酵母细胞自身的代谢产物最终将毒害它们的环境。这可能是一个简单的生物学场景，但其结果几乎是普遍的。在几乎没有竞争对手或捕食者的情况下，加上几乎无限的资源，一个活的种群将以指数级的速度增长。它将消耗可用的资源，产生它所产生的任何代谢产物，然后以高于替代水平的数量繁殖。 下一代将消耗，产生的代谢物，并繁殖的后代。只要资源是免费的，这一进程就将继续下去。也就是说，直到它所经历的代谢过程达到了毒害环境的临界水平。如果不加以控制，有机体就会用它们自身成功所产生的废物毒害它们的栖息地。  温室气体排放量的增加，无论其如何，都对地球气候产生了巨大的影响。这与自然事件没有太大的不同，在自然事件中，有机体的废物会毒害其环境。在太阳系的早期，出现了一种简单的原核生物：单细胞生物。虽然我们不知道理论上产生第一个单细胞生物的原始细胞的性质，但有明确的证据表明，在地球大约5亿年前，即大约40亿年前，存在着单细胞细菌。 正如预期的那样，进化过程向许多不同的方向发展，以填补每一个可用的生态位。古细菌出现了，它们能够在深海热液喷口附近生存。质粒作为独立的DNA分子，不依附于细菌染色体本身，它携带着负责产生新能力的基因。几亿年后，第一个完全光合作用的生物体出现了。  酸杆菌，很可能是所有光合作用生物体中最早的一些。它们没有内部结构或膜，它们的繁殖信息编码在松散的、自由漂浮的DNA中，而这些细菌是无氧的：它们不通过光合作用产生氧气。34亿年前，第一个生物光合作用的证据开始出现。光合作用有许多不同的发生方式，但都涉及到特定波长的阳光照射到能够吸收它的分子上，刺激一个电子，然后让它的能量用于生命过程。 许多生物体，如绿色、紫色的硫和非硫细菌，利用各种分子在它们的反应中提供电子，如氢、硫和许多酸。但生物体也进化出了利用水作为电子供体的细菌：蓝藻，即蓝绿藻。不像其他生物体，蓝藻产生分子氧作为废物。  如图所示，蓝藻是地球上最早产生氧气的光合生物。它们导致了地球早期历史上巨大的气候灾难。蓝藻细菌今天仍然存活，是唯一产生氧气的光合原核生物。它们不比其他不产氧的光合原核生物进化。这些蓝绿藻拥有内部膜，它们的出现时间不晚于25亿年前。 就在那个时候，地球的大气层开始显示出含有游离氧的证据。慢慢地，氧气含量开始增加，一种似乎拥有无限资源的生物——阳光——开始毒害它的环境。氧不仅具有腐蚀性，还具有可燃性，这是历史上最严重的气候灾难的原因。  格陵兰象脚冰川只是现今存在的巨大冰盖的一小部分。在休伦冰河时期，人们认为地球的所有表面，包括从极地到赤道纬度的大陆和海洋，都被冰覆盖。考虑到早期太阳的能量输出要低得多，这大量的甲烷是使地球保持相对温和的唯一因素。由于氧气破坏了这种强大的温室气体，地球也无法留住它的热量。历史上最大的冰期，导致了近3亿年滚雪球般的地球状况。  尽管地球上不同大气成分的确切比例尚不清楚，但在25亿年前，大气中存在大量甲烷，而且几乎没有氧气。随着氧气的到来，甲烷被破坏，地球上最大的冰河时代开始了。在这个时候，覆盖整个地球的异常寒冷的条件的证据是压倒性的。整个北美北部的冰川沉积物显示出25亿至20亿年前在冰川沉积物层之间发现的多种沉积物。 不幸的是，形成一个雪球地球非常容易，因为它似乎是一个失控的过程。如果冰盖离极地足够远，就会增加地球的总反射率，这意味着地球吸收的太阳能更少。这将导致进一步的降温和的冰的形成，最终覆盖整个地球表面包括大陆和海洋在内的冰。  这张图片美国宇航局的卡西尼号对土卫二的任务：太阳系中已知的反射能力最强的星球。根据云层和其他因素的不同，地球反射了入射阳光的10%到30%，而土卫二反射了99%的入射光，因为它完全被冰覆盖。尽管这对地球上的生命来说是灾难性的，但它并没有结束。蓝藻菌继续繁荣，而其他较小的生物种群，面对巨大的选择压力和不断变化的环境，朝着不同的方向进化。更复杂的生物，积累了大量的基因和新的能力，生存的机会更大，因为它们对变化更有弹性。 与此同时，火山继续在冰层下喷发。这些二氧化碳的积累可能会增加大气中的温室效应，而同时产生的火山灰可能会降低地球的反射率，让地球最终摆脱这个冰川时代。  当火山爆发时，地球内部的大量物质，包括大量的有毒气体，如二氧化硫，被释放到大气中。吸收阳光的气体和物质的结合，也许已经把地球从胡伦冰期中解救了出来，但这需要数亿年的时间。虽然它持续了大约3亿年，但休伦冰期的结束与我们所掌握的第一个真核生物存在的证据是一致的。现在存在的细胞具有封闭的、分离的细胞器，可以执行独立的功能。真核生物后来产生了现存的所有原生生物、植物、真菌和动物；如果氧气没有破坏我们富含甲烷的大气层，导致这个古老的雪球地球场景，那么类人生命就不会出现，这是有争议的。  虽然“雪球地球”的设想可能存在争议，但值得怀疑的是细节，而不是整体效果。可以肯定的是，在遥远的过去，热带地区大部分被冰覆盖。胡伦冰期可能是地球历史上最大规模的灭绝。在地球历史上的这段时间可能是地球所面临的最大规模灭绝。然而，即使在这个原始的阶段，生命仍然无处不在，充满活力，对现有的优势物种的破坏，让其他新的生物得以进化，并填补空缺的生态位。大氧合事件是地球历史上的一个革命性事件。没有它，生命可能永远不会变得复杂，并产生像人类这样的智能生物体。 |
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