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约4.75亿年前,绿色藻类的后代变成了贴着地面生长的无根植物,有些像现代的苔藓类。它们只生长在潮湿的地方,依靠微小的孢子进行繁殖,人们在4.75亿年前的石头中发现了这些孢子。
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接下来,苔藓和简单的维管束植物出现了,这些管束用于运送植物汁液——这便是植物体内的管路运输系统。真菌可以帮助植物根系生长。约4亿年前,比地面高仅几英寸的维管束植物占领了大面积的陆地。它们虽然没有叶子,却生长得很快。
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约3.6亿—3亿年前,地球上出现了种子植物构成的长满树叶的大型森林。这些树木死亡后倒伏,并被埋藏在沉积物中,沉积物上部的压力将它们转换成化石——这就是煤炭。因此,煤炭又叫作“化石燃料”。
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绿色藻类来到陆地上1亿年后,动物也开始出现在陆地上。第一种来到陆地上生存的动物一定是蠕虫和不会飞的昆虫,它们来自浅滩——海边阳光照耀的边缘地带。最早的脊椎动物的化石是在中国发现的一种鱼骨,该生物约生活在3.95亿年前。一种有鳍状肢且能爬行的肺鱼的化石是已知最古老的化石,其历史可追溯到3.75亿年前。
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约3.4亿年前,第一类两栖动物出现了。这种生物具备在陆地上生长的特点,它们有带趾的脚和可以听到声音的耳朵,但是它们需要回到海洋中产卵和受精。约3亿年前,空气中的氧含量增加,我们根据一些含气泡的树液的化石可以得知这一点,气泡中的气体就是存在里面的古时候的空气。
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随着时间的推移,一些两栖动物进化成为爬行动物,它们不需要回到水里便能进行繁殖。雄性爬行动物可与雌性爬行动物交配,雌性动物的卵细胞在体内受精,而不是在水中进行体外受精。雌性动物产的卵带有坚韧的外壳,可以保护卵不会变干。最早的爬行动物出现于约3亿年前,但是直到2.5亿年前发生生物大灭绝之后,它们才真正开始大量繁殖起来。
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这些大灭绝或物种大量死亡的时期将会在我们的故事里多次出现。我们已经了解了起初“雪球地球”是如何限制生命发展,又是如何在地球温度回升后引发新物种大爆发的。化石记录表明,地球上至少曾经发生了5次重大的生物灭绝,而很多小型生物也随之出现了。这些现象是地球生命的基本特点。
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规模最大的生物灭绝称作“大灭绝”(Great Dying),发生于2.5亿年前。海洋中90%的物种和陆地上70%的物种都永久消失了。但是蟑螂却活了下来。银杏树和鲎的祖先也存活了下来。此外还有一些小型爬行动物也活了下来,那时它们开始进化成原始哺乳动物。
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没人知道到底是什么原因导致了前面的4次大灭绝。(20世纪90年代爆发第5次大灭绝的原因十分清楚,见下文。)没人知道确切原因,是因为地球系统十分复杂,交错联系,同时也因为年代久远,很多证据已经不复存在了。
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很可能不止一个原因导致了大灭绝,而且也许这些因素并不是同时出现的,但它们的效应却不断累积。科学家们知道氧气水平从大森林时期的30%—35%下降至约20%,这就给习惯于高氧气含量的生物体带来了压力。
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大灭绝时期发生了大规模的火山爆发,尤其是在西伯利亚地区,这就减少了太阳光的输入。一些证据表明,臭氧层也可能发生了瓦解,也许这是由西伯利亚火山喷射的物质导致的化学反应引起的。2.5亿年前的生物灭绝之后出现了一段空白期,一些生物迅速恢复,比如小型爬行动物进化成大型生物——恐龙,这些大型的陆地生物曾遍布地球各个角落,在接下来的1.5亿年间一直统治着地球,直到后来的另一场大灭绝使得绝大部分恐龙销声匿迹。
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恐龙是如何遍布全球各地的呢?毕竟只有少数几种恐龙会游泳。原因也很简单——大约3亿年前,所有的陆地重新拼合在一起,形成了名为“泛大陆”(Pangaea)的超大陆。它涵括了地球上所有的陆地,且有3/4的面积位于南半球上。约1.75亿年前,这块超大陆再次开始分裂,由此产生了大西洋。(如果你想观看泛大陆的形成和分裂过程,你可以谷歌搜索“泛大陆动画片”。)
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在我们继续讲述恐龙如何灭绝之前,我们需要注意一下生物体移居到陆地的另一个更为重要的结果:陆地上的生命创造了火。植物移居到陆地之前,陆地上还没有火的存在,这是因为没有可燃烧的东西。岩石只会发热和融化,却不会燃烧起来。
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能证明火是什么时候开始存在的证据是木炭化石,又叫“丝炭”,可追溯至4.1亿年前。那时,大气中约有13%的氧气,氧元素可以吸收碳元素中的电子,引发燃烧。森林的发展速度很快,在6000万年的时间里,氧含量便骤增到3.5亿年前的30%—35%。
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由于陆地植物会自发燃烧,大气中的氧含量便不会继续升高。闪电会点燃森林、干燥的植物等,使得氧气含量保持在一定水平。碳输入到大气中,造成大气中的氧含量减少——这就是地球进行自我调节的完美实例。
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碳也可以通过其他方式回到大气中。细菌和真菌进化出一种能力,可以分解死亡树木的木质部分。在煤炭形成时期,生物还不能分解树木的木质部分。因此,这些树木转变形成了煤炭化石。这种方法将碳储存在地下,而不是释放到空气中。当细菌和真菌可以分解木头后,煤炭的形成便终止了。如今,人类开采煤炭,等于快速地将埋藏的碳释放到空气中。
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我们这种哺乳动物
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当恐龙仍然存在时,第一种小型哺乳动物便诞生了。它们身体温热,体表覆有绒毛,它们便是有毛皮的“温血动物”。“温血”意为身体温度恒定。温血是新陈代谢(细胞内将食物转换成能量的化学过程)速率更高的结果。新陈代谢速率的提高也提供了更高水平的能量,能够适应范围更广的气候。哺乳动物和鸟类都是温血动物。
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第一种哺乳动物出现于约2亿年前。它们从爬行动物的近亲进化成后来变成恐龙的一种生物。较早的原始哺乳动物是温血动物,体表覆有毛皮,但仍然依靠产卵进行繁殖。鸭嘴兽便是它们的后代。
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最终,出现了可以让后代在其体内存活足够长时间、生下幼体而不再以卵的形式进行孵化繁殖的哺乳动物。像我们人类这样,母体和胎儿之间有胎盘连接的,又叫作“胎盘类哺乳动物”。最早的此类生物的化石在北京附近发现,其历史可追溯至1.25亿年前。在恐龙生活的时期,胎生哺乳动物体积仍旧较小,就像老鼠一般大小,夜晚时分在陆地上来回奔走,那时候,恐龙几乎无法看到这些小型生物,也就无法吃掉它们。
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当胎盘类哺乳动物开始进化时,它们的后代会舔舐母体多毛的腹部分泌的汗液。随着时间的推移,这些汗液逐渐变成了甘甜、富含脂肪的乳汁。母体的大脑逐渐进化出足够的能力,知道爱护自己幼小无助的后代,长期照顾它们。
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6600万年前的世界已经变成了大家熟悉的美丽的地方。泛大陆已经分裂,形成了大家熟悉的大陆。植物也进化出花朵。蜜蜂嗡嗡地飞来飞去。各种体积和种类的恐龙在每块陆地上都繁衍起来,它们其中的一个分支进化成鸟类。小型哺乳动物仍在夜间四处奔走。这幅画面会让学习过这些知识的人类小孩产生共鸣。
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6600万年前的一天——根据你看问题的视角,既可以说是地球历史上最糟的一天,也可以说是最好的一天——一颗直径约为10千米(6英里)的小行星猛烈地撞上了地球。地球仅在该小行星的轨道上运行了几分钟,这颗小行星便撞上了地球,撞击点位于如今的墨西哥尤卡坦半岛边缘。第5次大灭绝就这样开始了。
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这颗小行星的撞击造成了一个直径为180千米(112英里)的陨石坑,还引发了朝向各个方向的大海啸。它还激起了粉末状的尘土和岩石碎块,飞入高空,形成了黑云一般的尘土,环绕着整个地球,几乎完全挡住了阳光。许多植物都死了。小行星的撞击很可能还导致了火山大规模爆发,由此使得大气中的灰尘和二氧化碳含量增加,进而导致全球变暖和海洋酸化。
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除了变成鸟类的那一支恐龙族系以外,所有的恐龙都死亡了。70%的物种灭绝了。某些小型的毛茸茸的哺乳动物还能存活下来可谓是一个奇迹,也许是因为它们中的一小部分蛰居在了地下。
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