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「万物起源传说」生命的起源(三):登陆!登陆

2020-02-17  nj200801

描述生命的起源,离不开许多关键的节点,比如上节所讲的生命进化历史上6件值得关注的进展:1.原核生物;2.光合作用;3.呼吸作用和真核生物;4.有性繁殖;5.多细胞生物;6.脊椎动物。

以上所有的故事都发生在海洋之中,而今天,我们要讲述的则是另一个伟大的跨越:生命登上陆地。

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在讲述这个故事之前,我们先要提出一个问题:生命为什么不直接诞生在陆地上?

回答这个问题,就要先理解维持生命存在的基本条件

1.物质载体(也就是地球本身)。地球的大小和质量都恰好适合,如果说太轻,引力的作用不足以把水(生命孕育的基础环境)原始大气(有机大分子构成的基本元素)留在地球的表面,如果太重,引力又会太大,导致太多的气体聚集,同样也不适合生命生存。

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2.能量来源(也就是太阳)。太阳以及与地球之间恰好合适的距离,保证了地球上保持着适当的温度,给生命的出现和维持提供条件。如果温度太高,会分解化学键,复杂的分子也就难以形成,但如果温度太低,生命必要的代谢反应就会进行得非常缓慢,也不理于生命的形成和演化。

3.液态水(可能是由彗星带来的)。水的化学性质非常稳定,便于有机物质的相互作用,因此生命最初诞生在液态水中,最初所有的原始生物都居住在海洋中,所有生命的化学性质是在液态水中发展起来的。

上面这3个条件必须要能在很长一段时间内保持稳定,才能有足够的时间让让复杂的大分子形成生命体,一旦这些条件发生缺失,生命要么无法诞生,要么很快消亡。因此,生命诞生之后,在相当漫长的一段时间里(大约30-32亿年),生命不曾在陆地上存在过。

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从另一个角度讲,登上陆地代表着可能要接受阳光(紫外线)的直接照射,在臭氧层尚未形成的漫长时间里(5亿年之前),这对任何生物来说都无疑是致命的

接下来我们可以讨论:既然陆地如此陌生和危险,生命为什么还要登陆呢?

答案很简单:为了活下去。

大约5亿年前,由于不断发生的大陆板块运动所带来的影响,一些生物开始了从海洋到陆地的危险旅程。植物真菌可能是先锋部队,昆虫同样是率先进行陆地冒险的动物。它们最初可能仅仅是由于潮汐(由月球引力而产生)被“不小心”留在了海岸的边缘,潮水退去之后,它们在臭氧层的保护下并没有像从前那样立刻死去,而是在潮湿的海岸上继续存活着。它们中的一些可能会在下一次的潮汐时回到海洋,另一些则可能永远留在了岸上,这些“倒霉蛋”们中的一部分不久死去了,另一部分则开始逐渐适应海岸附近的潮湿陆地环境。

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随着潮汐的起起落落,有两种不同的真核生物吸附在海滨。一种食用阳光,另一种食用土壤,它们发现了彼此,并且携手进化成为最早的陆地植物真菌(如果没有真菌,现代植物的祖先就不可能在陆地拓展蔓延)。真菌现在依旧与植物共生,在95%以上的植物物种根部,都可以发现真菌的存在,它们为植物提供来自土壤的化学元素。、

艰难的适应和进化给这些生命带来了丰厚的回报:陆地成为了对这些先行者来说,没有任何竞争对手存在的崭新生存空间。到了大约4.1亿年前,地球迎来了一段不同寻常的温暖期,最早的植物从只有笔直的茎干,逐渐进化为马尾。到3.45亿年前,它们已经成为热带地区的种子蕨类植物。迅速的扩张使得陆地表面第一次绿意盎然(在此之前大陆表面要么是灰色岩石,要么是红色岩石)。

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动物走向陆地同样不是一件那么主动的事情。

地质时间里,地幔的运动也带动了大陆的活动,当植物和真菌逐渐迁移到陆地时,所有的大陆板块正在汇聚成一块超级全球大陆——泛大陆。测年技术已经表明,大约2.5亿年前,泛大陆成为一块单一的大陆,在汇合之前几百万年的时间里,海洋浅水区和海岸线出现收缩(面积大幅减少),对生活在阳光可以照射到的浅海附近的动物们来说,食物竞争变得异常残酷。为了活下去,一些以植物为食的动物开始追随植物蔓延的脚步而向陆地进发。

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最早走出海洋的动物很可能是两栖动物昆虫。经过自然选择,一些鱼类的变成短粗的蹼状足。例如肺鱼就是一种过渡性物种,在必要时它可以在陆地上短暂生存,它的祖先现在还存在,不过只生活在澳大利亚。而已知最早的两栖动物化石是于1948年发现的鱼石螈化石,这种动物生活在大约3.7亿年前。它们或许已经生活在陆地,不过还需要返回水中产卵,同一时期陆地上的树木已经高达18米。

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大约3.5亿年前到3.1亿年前,爬行动物出现了。最早的爬行动物可能类似于海龟或鳄鱼,它们的干性皮肤能够留住水分,卵有一层坚韧的外壳,在陆地上可以得到保护,为了离开水域进行繁殖,雄性爬行动物发展出一种附器可以在雌性体内为卵子受精。因此在适应陆地这方面,它们比两栖动物向前迈出了一大步,具备了向陆地深处探索的能力。

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不难看出,生命离开水需要有着精妙的支持系统:水的便捷供应、防止水分蒸发的坚韧皮肤、对卵和幼体的保护以及内部的承重支撑体系。即使进化出这些系统之后,当前所有的陆生有机体首先还得在潮湿的地方发展,就像人在胎液中生长一样。小编个人认为,登陆对于原始海洋生命的意义,不亚于未来的某一天人类搬迁到太空——它不仅仅代表着崭新的世界更多的可能性,对于生命而言,更核心的意义在于:能够在日渐恶化的环境和日趋残酷的竞争中活下去。而且即便如此,生命在进化的路上依旧会面临着无法预料的、巨大的危险。【本节完】

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