1701070525
从始新世以来的最近5000万年，地球经历了持续的降温。始新世的澳大利亚和南极洲还连成一片，海岸线朝北向着赤道凸出，伸进温暖的海域。紧贴海岸线的洋流因此会将温暖的海水从温和的气候带向南输送到南极洲的极地，使南极洲保持温暖，不会结冰。但后来澳大利亚从南极洲解体了，朝北向着亚洲移动。南极洲的海岸洋流于是被困于冰冷的极地海域中，就跟今天一样，这叫作绕极流，不再有更暖的海水被输送而来。这在南极洲造成了大幅降温，冰帽开始增长，引发更多降温，推动更多冰层成形，如是往复。
1701070526
1701070527
澳大利亚次大陆向北移动是板块构造活动的一部分，同一个板块构造活动也使印度板块与亚洲板块相碰撞，喜马拉雅山脉因而隆起。这座巨型山脉的出现，很可能也让大量的风雨侵蚀及对二氧化碳的清除在此发生，这就是雷默—拉迪曼假说，以美国古气候学家莫林·雷默（Maureen Raymo）及威廉·拉迪曼（William Ruddiman）共同命名。山脉通常能引发降水，因为潮湿气流会被吹向山坡上海拔较高、气温较低的地方。此外，夏季时大陆增温，会在陆地上形成对流性的上升气流，于是海洋上的潮湿气团就被吸过去填空，这样就在陆地上形成了降雨降雪，以上现象称为季风环流。总之，新近隆起的喜马拉雅山脉引发了更多降水，带来了更多风雨侵蚀，因此对二氧化碳的提取力度更大，由此放大了长期的降温趋势。
1701070528
1701070529
不过在这5000万年的降温中，南极洲在大概3000万年前又一次失去了冰盖，要到再过1500万年的中新世时才失而复得。从中新世开始，地球有了冰帽，近几百万年的气候史细节也更容易弄清，因为有更多的气温“指标”可以测量，这些指标就在冰芯、树木年轮、洞穴沉积物等等之中。这些告诉我们，在最近这几百万年里，反复出现过数次短暂的冰期（也就是冰川事件），分别持续数万年至数十万年不等，这些周期与前面说到的米兰科维奇循环完美贴合。
1701070530
1701070531
最近一次主要的冰期发生在更新世，期间气温虽也有过短暂起伏，总体上还是从大约260万年前一直持续到了约12000年前，也就是人类文明的肇始时刻。但就算从大约700万年前人类出现（晚点我们再来细说这个）算起，地球已经一直有强烈的降温趋势，实质上就是处于冰河世纪，因此在人类存在的所有时间里都有冰帽相伴。简而言之，我们是冰河世纪的产物，没有演化成可以在始新世那样的环境里生存的物种。很大程度上，这也是为什么格陵兰岛和南极洲的冰帽消失对于我们是祸从天降：就算不去考虑由此带来的海平面剧烈变动，我们也会发现自己将身陷整个人类物种从未经历过也从未想要适应的地球环境之中。
1701070532
1701070533
人类自己造成的气候变化已经将自己推向了错综复杂的危急关头，因此对我们来说，稳定气候和宜居性的成因，以及气候变动的机制，都是相当重要的经验教训。人类活动排放的二氧化碳来自矿物燃料的燃烧，这些二氧化碳带来的温室增温效应不难察觉，而且早在一百多年前就已经由瑞典物理学家兼化学家（同时也是诺贝尔奖得主的）斯万特·阿累尼乌斯（Svante Arrhenius）做出了准确预测。而大气二氧化碳水平一直在以反常速率稳步增长这一事实，也已经由美国地球化学家查理斯·基林（Charles Keeling）的观测数据确认——这些数据收集于夏威夷冒纳罗亚（Mauna Loa）火山顶，收集了近60年。面对这些二氧化碳排放，气候具体会如何变暖，细节还颇有争议，但变暖这个大趋势则明显确切无疑。
1701070534
1701070535
但是，究竟是我们当前的二氧化碳排放引发了气候变化，还是气候无论如何都会自己发生变化（这样的话人类活动就没有什么影响了），这个问题曾经（某种程度上现在仍然）富有争议。地球气候自己也发生过变化，但通常都在二氧化碳水平发生变化的时候。当大量而且通常稳定的碳储量被燃烧或突然解放出来，比方说火山爆发，我们的气候也会有强烈的响应；因此，如果我们从别的仓库里释放出大量二氧化碳，却认为地球气候会给出不同的反应，这想法显然一点道理也没有。较之气候变化的自然原因，我们人类的活动是否会有什么不同，提出这种问题就好比是问，在枪战中玩俄罗斯轮盘赌（在左轮手枪中放一枚子弹，随意转动弹堂，对准自己的太阳穴开枪）是否会影响你的生存机会。如果目标是活下来，那答案就是，别去玩俄罗斯轮盘赌。
1701070536
1701070537
但最后我得提醒大家，探讨人类活动导致的气候变化，不是为了拯救行星地球，而是为了拯救我们自己，也就是说，让这个狭窄的宜居带对我们人类以及其他一些冰河世纪产物保持宜居状态。无论我们人类多么自暴自弃，地球自身在未来数百万年里都会处之泰然。板块构造活动最终将清除我们废弃的全部二氧化碳，万事万物也都会回到原来的轨道。我们等不了那么久，但地球可不管这些。
1701070538
1701070539
1701070540
1701070541
1701070542
1701070543
万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起
1701070544
1701070545
1701070546
1701070547
1701070548
万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 [:1701069958]
1701070549
万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 第七章 生命
1701070550
1701070551
生命如何起源，这个问题是自然科学的一樽圣杯，也是巨大的未解之谜之一。如果不那么诗情画意，那这个问题更恰当的说法就是：从生命的非生物起源——无机物、无生命物质——出发，怎样才能形成生命？
1701070552
1701070553
在尝试精确描述生命的诞生之前，我们必须先对生命下个定义，这样才知道我们要探寻的究竟是什么。（虽说生命的迹象凭直觉来说再明显不过——在此引用美国最高法院大法官波特·斯图尔特的名言“看到我就知道了”［I Know it when I see it］——但从科学的角度来讲真的并非如此）最简单意义上，生命就是一种化学反应，能直接或间接地从周边环境中提取物质和能量，从而生长、繁殖和自我复制。这个反应被称作自催化（autocatalytic），在这过程中，反应的产物可以反过来促进甚至加速反应的进行。比如，在光合作用中，植物利用来自阳光的能量，将水和二氧化碳结合，制造出长长的糖分子；而植物本身大部分由这种糖分子以纤维素的形态组成，所以越多糖分子的形成就能支持越多的光合作用。另外，需氧细胞（也就是进行有氧呼吸的细胞），以及像人类这样的动物，会食用植物或以植物为食的其他生物，吸收物质，并利用这些植物储存的光能，生长出更多细胞，进而吃下更多植物。通过自身的再生和繁殖，生命积极地向外扩张，寻求物质和能量的来源。
1701070554
1701070555
生命的有些特征也适用于若干非生物的化学反应，比如说，火焰。如同需氧生物，火焰也消耗物质和能量，但与光合作用恰恰相反，火焰的产物是水和二氧化碳；如同生命，火焰也会向外扩张去消耗燃料（比如木头和草），并且通过加热燃料使其燃烧，来实现自我催化。
1701070556
1701070557
不过，另两个对生命的定义，就把它跟火焰区分开来了：首先，生命的反应并不只是消耗物质，还会生成复杂分子，并以此为模板催化出更多这样的复杂分子，由此实现复制。这样的复制也并非只是促使反应加速，它还使先前分子中的信息可以遗传下来。相比之下，火焰并不会复制复杂分子，而只生成简单的分子，就是水和二氧化碳；其次，生命靠自然选择进行演化——如果环境变得不适合维持化学反应，那么只要环境变化不是太快，生命就有可能做出调整。但这种调整依赖于生物对上一代进行的不完美复制，就是说，当新一代生物体诞生后，它们会产生一些变化，而不是对上一代的精确克隆。这样一来，生物群组或者说物种，就会有相当大的多样性，从而其中部分成员就会对环境的不利变化更为适应，并能够生存下来，而那些不能适应的生物就只好相继死去。这就是达尔文自然选择理论的实质。火焰就不能做出这种调整，如果环境变得太冷或太湿，它只会熄灭，并不存在一个优胜劣汰的选择过程，把更容易在寒冷或潮湿环境下燃烧的火焰保存下来，同时让其他火焰相继消亡。简而言之我们可以说，生命是一种自我维持、消耗能量的化学反应，它的产物分子可以自我催化或自我复制，但在产物中有相当大的多样性，这样当环境（以足够缓慢的速度）恶化时，就会发生由自然选择造成的物种演化。好吧，这也不是多么简短的说法。
1701070558
1701070559
这颗行星上所有的生命都由细胞组成，维持生命的化学反应都在细胞这一密封舱中进行。密封舱由一种稍具渗透度的薄膜封闭起来，它允许营养物质和能源入内，同时也保护化学反应，使之不会被比如海浪撞击这样的事情干扰而减弱或扑灭。最早的这种密封舱甚至有可能利用过火山石（比如浮石）里面的气泡来保护化学反应。有些非细胞的实体（比如病毒），就是包裹在保护鞘中自由漂浮的遗传物质，具备生命的某些特征，比如自然选择，但它不能进行自我复制，除非劫持其他生物的细胞工厂。因此，非细胞实体到底算不算生命，还是一个见仁见智的问题。
1701070560
1701070561
可确证的最早的生物化石来自大约35亿年前的单细胞微生物（类似细菌）。更早的生命兴许也曾有过，但在化石证据上还存在争议。尽管今日的生命形式如此异彩纷呈，构造生命的基本化学组分在将近40亿年的时间长河里却几乎没有变动。实际上，我们只需要一个巴掌数得过来的基本元素就够形成生命的关键组分了。
1701070562
1701070563
生命最必不可少的基本元素是碳、氢、氧，这些无一例外是从无处不在的水和大气层里的二氧化碳中获得的。这些元素之所以不可或缺，不仅因为它们制造出来的各式糖类分子是植物结构的形成、需氧生物获得能量来源的必需，也因为这些糖类分子同时也构成了遗传物质的部分骨架。遗传物质包括RNA（核糖核酸）和DNA（脱氧核糖核酸），是生物的复杂分子进行自我复制时的蓝图。此外，当糖类分子被“还原”，也就是氧元素被移除时（所谓还原反应，一般是指获得电子，而这电子通常获得于氧原子形成含氧化合物的过程），留下的就是脂肪酸形式的碳氢化合物。脂肪酸可以组成其他物质，比如细胞膜和脂肪细胞中的脂质，而脂肪细胞中储藏的油脂是紧凑形式的能量。碳和氧在其他重要分子中也被大量使用，我们马上就会谈到。
1701070564
1701070565
下一个重要元素是氮，主要以酰胺离子的形式存在。酰胺离子含有1个氮原子、2个氢原子，以及1个富余的电子，自带1个单位的负电荷，可以用于吸附别的原子或原子团，变成胺分子。酰胺离子归根结底是从氨分子衍生出来的，氨分子由1个氮原子、3个氢原子组成，砍掉1个氢就变成了酰胺离子。酰胺离子吸附到别的碳氢氧分子上（羧基化合物而不是糖类分子），可以形成胺分子，就叫作氨基酸，这是形成蛋白质所需的基本构件。蛋白质的用途复杂多变，能组成从酶到肌肉等各式各样的原料，因此很是重要。酶是加速（即催化）化学反应的关键，比如让食物中的分子分解这样的事，酶可以使它快速进行，以维持生命活动。此外，只要有一点电刺激或化学刺激，蛋白质就会折叠、卷曲成各种形状，这对于运动能力大有好处——比如挥动的鞭毛可以帮助细菌游动，比如我们身上的肌肉——为了搜寻食物和能量的来源，这点运动能力可以跋山涉水。
1701070566
1701070567
1701070568
1701070569
1701070570
脱氧核糖核酸（DNA）分子是由核苷酸堆叠起来形成的。核苷酸则由一个糖—磷酸基团附着一个核碱基而成。核碱基可以是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶或胞嘧啶中的任意一种。DNA的形状就像一架螺旋阶梯，其中碱基构成梯子的横档，糖—磷酸基团连成一体构成梯子的侧边。碱基序列储存遗传信息和细胞指令，在整个梯子中碱基都按照指令以特殊的组合彼此连接，这就使DNA分子可以在一分为二之后一丝不苟地自我复制。（图片由Barbara Schoeberl授权使用。）
1701070571
1701070572
氮元素也会与碳、氢、氧结合，形成叫作核碱基（简称碱基）的化合物，这是DNA和RNA的关键组分。核碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶（三者同时存在于DNA和RNA中）、胸腺嘧啶（只在DNA里才有）以及尿嘧啶（只在RNA里才有），在DNA和RNA的示意图中，这些核碱基分别用A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）、T（胸腺嘧啶）和U（尿嘧啶）来表示，共同构成DNA和RNA螺旋阶梯的横档（RNA看起来就像是梯子纵向切开后的一半）。
1701070573
1701070574
最后要说的重要元素是磷，在生物体中只以磷酸基团的形式出现，也就是1个磷原子与4个氧原子结合成的原子团。磷酸基团再结合1个糖分子以及某种碱基，可以形成叫作核苷酸的化合物。将核苷酸叠起来，就造出了半个或整个的螺旋阶梯——RNA和DNA。