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比起原核生物来，真核生物也更为多样化，这是因为它们的繁殖方式有所不同。原核生物主要通过细胞分裂也就是无丝分裂来繁殖，这种方式只是克隆自身，因此在将近40亿年中几乎没有变化。简单的单细胞真核生物也是通过细胞分裂来繁殖，但分裂时会将自身细胞核里的DNA分割并打乱顺序，然后通过有丝分裂和有性繁殖的方式与一位伙伴共享DNA分子。打乱和交换DNA的好处在于产生了多样性，同时降低了DNA受损片段带来致命基因错误的可能性。（打乱重排有更大可能可以丢掉受损片段，但要是DNA仅仅完全地克隆自己，受损片段肯定会保留下来。）多样性和差错控制都会带来进一步的演化优势，在演化中也延续了这些特点。
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多细胞的动植物生命可能最早是以细胞克隆集群的形式出现。克隆集群的特点是所有细胞都一模一样，而多细胞有机体则有专门的细胞执行各种不同的功能，比如我们自己身上就有肌肉细胞、脑细胞、骨细胞、眼细胞等等。原核生物可以形成粗简的丝及微生物垫的克隆集群，而单细胞真核生物可以形成多种多样的集群结构，比如黏菌和团藻（本章开篇插图就是漂浮着的球状藻类集群）。考虑到真核生物调整和演化的方式极为多样，很可能从克隆集群到多细胞有机体的转变其实非常直接。集群表面的细胞可能会更多负责从环境中吸收能量和营养，同时较深处的细胞则将营养和水分抽吸运送到集群内部，早期的循环系统就这样建立起来了。集群内不同的环境可能在实质上推动了成员细胞不同方向的分化演变，使之成为不同的专门细胞。最终，分化出来的细胞各司其职，比如负责整个集群有机体的四处走动，或是感知捕食者和食物，这样的分化在具体的环境中就有了演化优势。
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然而，地球上多细胞生物的兴起经历了漫长的历史。单细胞生物一直统治着整个生物圈，直到大约6.4亿年前。从6.4亿年前起到5.4亿年前，有过一些叶状和管状的简陋的生命形式，但后来都灭绝了，这段时期叫作埃迪卡拉纪（震旦纪）。而到了大概5.4亿年前，多细胞生物就多种多样地兴盛了，出现了大量不同的海洋生物，只是其中的绝大部分你恐怕认不出来，最多能觉得它们看起来就像是丑到极点的蝎子、蜈蚣和螃蟹。
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这一事件叫作寒武纪生命大爆发，实际上也标志了化石记录的开端，这是因为当时很多生物体内都有了坚硬的部分像是贝壳、骨架等，这些部分不会腐烂，能够保存下来。当然，这也意味着我们可能已经错过了许多更早的化石，那时的生物体内还没有坚硬的部分。不过到了今天，现代古生物学能够仅凭很久以前无脊椎动物留在岩石上的生物和遗传物质的一点点痕迹，就分辨出生命的存在。另外，寒武纪大爆发之前的沉积物（而今已黏结在一起变成岩石），只显示出极少因生物采掘、蠕动而留下的痕迹（这一效应叫作生物扰动），而在寒武纪大爆发之后，这种痕迹在海底沉积物记录中就普遍存在了。
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有壳动物身上的贝壳是由碳酸盐矿物制成，这种动物的兴盛可能要归因于火山活动导致的大气中二氧化碳的积累，这个积累过程同时也帮助地球摆脱了雪球状态（参见第六章）。具体来讲，含量升高了的二氧化碳最终会溶解在海洋中，随后被矿物的风雨侵蚀作用去除掉，给贝壳提供了原材料。因此，可能就是雪球事件的结束引发了寒武纪大爆发。在最近4亿年左右的时间里，动植物在陆地上大批生长，并继续演化和多样化，填补了每一个生态位，每一个能占据的角落和缝隙。但是还请注意，寒武纪大爆发以来的这段时间（叫作显生宙）仅仅是地球整个历史的1/10左右，地球大部分的生物史篇章都是由微生物一枝独秀。
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在地球漫长的生物史上，大量的太阳能以糖类、脂肪和其他有机物质的形式成功储存起来，同时在大气层中也有巨量的氧气在逐渐积累。前面说到，这些有机物绝大部分都埋藏在沉积物下方和大洋底部，与氧气充足的地表环境隔绝开来。这些埋起来的有机物，有很小一部分被深埋在地壳中，遇到了刚好合适的高温高压，从而变成了各种各样的化石燃料。这个过程实际上就是慢慢灼烧糖分子，从中去除氧原子，使碳原子进一步还原（同样，这里说的还原也是指得到本来被氧原子牢牢抓住的电子）。埋在海里的有机物经历这一过程后就会变成石油和天然气这种碳氢化合物（由氢和碳组成，不含氧），形成的储藏中有一部分被板块构造运动推挤抬升，或是在海平面下降时暴露出来，又一次出现在陆地上。比如美国西部从得克萨斯州到怀俄明州的广大地域，在恐龙时代就是一片海洋。埋藏的陆生有机物比如树木、沼泽生物等，如果遇到合适的条件，最终会变成煤炭，而且差不多是纯碳（沼泽也会生产出泥炭，算是从有机物到煤炭的中间阶段，但也被认为是一种化石燃料）。石油、天然气、煤炭（还有泥炭）一起组成了我们化石燃料的储量，不过在这巨大的储量中，大部分（就碳的质量来说占85%左右）都是煤炭。绝大部分煤炭都是在大约3亿年前形成的，这个地质时期叫作石炭纪（这名儿起得可真好），从地质学角度来说，这是植物开始在陆地上大批生长之后不多久的事情。
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地球上一共埋藏着大概相当于4万亿吨碳的化石燃料，这大致是今天整个生物圈现有碳总量（包括活着的和死了的生物量）的2倍。然而，伴随着大气层氧气的生产过程而被同时创造出来的所有有机物，绝大部分——相当于将近1.5亿亿吨的碳，也就是所有化石燃料碳含量的4000倍左右——都还搁在地壳中，没有转化成化石燃料，想要提取出来加以利用也是难上加难。这些有机物统称为油母质，是地球上碳的主要储存形式之一。但作为比较也许应该指出，以碳酸盐矿物形式储存在海底和陆地中的无机碳，又是油母质总量的4倍左右。碳酸盐矿物和油母质算在一起，早先曾存在于地球大气层中的二氧化碳就几乎全被抽取隔离了，而这使我们的气候不会变得像金星那样。油母质的总量如此之巨，因此就算只有很小一部分遇到合适的温度压力条件而转化，都会产出相当多的化石燃料。
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最后要说的是，与糖类相比，化石燃料中碳和碳氢化合物是更好的燃料，因为里面所有的氧都已经去除了，也就意味着有更多原料可以跟氧发生反应。在某种意义上，化石燃料所代表的不仅有光合作用捕获而储存起来的太阳能，还有用来去除糖类中氧原子的地热能。就算不考虑寒武纪以前的全部生物生产过程，我们也还有好几亿年时间里储存起来的好几千亿吨化石燃料可供消耗。这种能源便宜，能集中获取又方便运输，因此极大改变了人类文明，也带来了无数的技术进步和社会进步。但是，这种资源又过于实用，于是我们忍不住以令人瞠目的速度开采利用，仅仅几十年功夫就消耗掉要千百万年的积淀之功才能制造出的燃料。这样的涸泽而渔也给可供栖居的气候和环境带来了迫在眉睫的冲击——这里说的可供栖居，是对我们人类而言。
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 [:1701069959]
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 第八章 人类与文明
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在多细胞生命兴起好几亿年之后，人类才在这个世界上出现，因而我们很难对其间出现的全部生命形式都做到一视同仁，尤其是对人见人爱的恐龙。所以，简单交代一下背景，我们的哺乳动物祖先甚至早在恐龙时代就已经存在了，虽说它们只是像小型啮齿动物那样的生物，填补着当时世界的统治者恐龙尚未占据的生态位（比如作为夜行动物，生活在地下）。到了大约6500万年前，尤卡坦半岛的小行星撞击给恐龙带来了灭顶之灾。在那以后，哺乳动物有了更多生态位，体形变大，也更为多样化了。已知体型最大的陆生哺乳动物叫作巨犀（或称俾路支省野兽），生活在2000万年以前的中亚。这种野兽是当代犀牛的一种没有角的祖先，但体形要庞大得多，而且从脖子来讲就跟更大块头的蜥脚类恐龙比如腕龙一样，或者可类比现代的长颈鹿。
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有些与恐龙同时代的小型哺乳动物早就找到了一个特别的生态位——生活在树上。要躲开大型动物，树上是理想的避难所，同时树还能提供独一无二的食物来源，比如树叶、水果、树冠里和雨林树冠层里的昆虫等。长得像啮齿动物的树鼩，很可能就是所有灵长动物的共同祖先。树鼩最早出现在恐龙灭绝前后，也有可能更早。这些最早的灵长动物之所以与众不同，是因为它们有可以抓握的拇指和脚趾，在眼窝周围有独特的骨骼结构，并且对水果情有独钟。灵长类动物以共同的面貌在非洲、东亚以及美洲生存发展，直到大约3000万年前，无尾猿才从旧世界其他有尾巴的猴子（例如狒狒、狐猴、猕猴等）中分化出来。
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在无尾猿的总科中，大猿（也叫类人猿）和小猿（也就是长臂猿科）在大约1800万年前分道扬镳。大猿这个分支首先分化出了猩猩属（属是高于种的生物学分支），随后是大猩猩属。而最后分化出来的黑猩猩属和人属，则很可能是在大约700万年前分道扬镳的。现存的大猿就由这四个属组成，而其中除了人属之外，每个属都有两个种，例如黑猩猩属就包括黑猩猩和倭黑猩猩。而人属只有智人这一个物种存活至今，这就是我们人类。
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总体而言，大猿生活在树上的时间比它们的祖先要短得多，而且正如其名，大猿体形更大，一般来讲也更聪明，至少从我们的角度来看是这样。离开树解放了它们的双手和拇指，由此产生的操控环境的能力（比如用棍子获取食物）也给它们带来了一些演化优势。不过，并没有哪个分支的大猿爬上了食物链的顶端，直到人类开始拥有（所谓的）上肢。
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在短短几千万年间，是什么推动了灵长类动物的发展和分化？前面说到，最近5000万年里气候在逐渐冷却，但在这总体冷却的趋势中，地球也曾在大约3000万年前到1500万年前变暖，由此产生的热带气候使非洲和亚洲都出现了热带雨林，这对树栖动物来说是很适合生存的环境。然而，从1500万年前开始，变冷变干的趋势重启，这很可能减少了树栖动物的栖息地。
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板块构造运动对环境变化也有贡献。大陆漂移是洋流发生改变的重要原因，也造成了喜马拉雅山脉的隆起（参见第六章），由此导致了过去整整5000万年的冷却趋势。到3000万年前，非洲大陆与欧亚大陆相撞，两块大陆之间的特提斯海（古地中海）和副特提斯海渐渐缩小，同时沿海岸线的热带生态系统渐渐消失，取而代之的是干燥的陆地生态系统。此外，东非大裂谷（以及红海裂谷）也在这时开始撕裂，并导致地形抬升，这是因为更热的地壳和地幔相对较轻，容易上浮。（现在东非仍然在抬升或者说撕裂，这会导致非洲大陆在几千万年内解体，形成新的海道。）在抬升的陆地上气候变得更干、更冷，东非大裂谷的大部分地区也形成了大量各种各样的地形和环境，从裂谷到层状火山（即标志性的锥形火山，例如乞力马扎罗山）应有尽有，这就让生态位变得相当丰富。
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最终，气候冷却和地形抬升使一大部分的非洲都从热带雨林变成了稀树草原，原始人类从1500万年前开始的最终分化，就大都发生在这里。总之，这些变化使我们的祖先离开树木来到地面，这样它们的拇指不再用来悬吊在树上，而能用作他途。尽管这一演化确证发生在非洲，但非洲大陆和欧亚大陆之间的特提斯海缩小了，大陆之间出现了陆桥，于是非洲哺乳动物就有了散布到亚洲的通道，其中自然也包括原始人。
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根据最新的估算，人类和黑猩猩的分道扬镳很可能发生在大约700万年前，证据来自已知最古老的人类祖先化石，也就是在非洲乍得发现的沙赫人。人类或者说人属（现在的人类是该属唯一现存的物种）的分化，以能够持续用双足直立行走为最重要标志。大猿也能像我们这样直立而行，但只是偶然为之。直立实际上是很古怪的姿势，因为挺难站稳，要是没有脚趾和脚掌不断地保持平衡，我们就会摔倒；四条腿的动物，站姿当然稳定得多。另外，用两条腿奔跑几乎一定比用四条腿慢，这是因为用四条腿奔跑时，还可以在跨步中加入整个躯干的力量。那么，用两条腿站立和行走到底有什么好处呢？
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关于双足直立行走的起源有很多理论，其中一些相对更靠谱。首先，在用嘴衔食物之外，还能腾出手来抱住更多食物，是显而易见的优势。够得着更高处的食物看起来也像是一种优势，但肯定不及爬上去拿更理想，所以，除非所有的猿都丧失了攀爬能力，否则这个说法可站不住脚。不过，对于发现猎物并警惕捕食者来说（猿既手无寸铁，又没有利爪尖牙，所以需要日夜操心捕食者），直立带来了更好的观察视角，因此能够直立行走和奔跑很可能也产生了优势（大量动物都能够直立以便获得更好的视角，比如狐獴和熊）。此外，直立让体形看起来更大，这也是一种优势，在自卫、建立社群霸主地位以及求偶中都大有用处，各种各样的动物，包括我们的近亲大猩猩，都会使这一招。
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直立也使得热量调节更加方便。对我们来说，奔跑时要凉快下来比四足动物容易得多，因为直立增加了体表在空气中的暴露面积，有助于汗液从皮肤上蒸发，也就带走了热量。同样的道理，直立让我们更充分地享受清风吹拂，因为风越靠近地面就越微弱。实际上，人类让自己凉快下来的办法非比寻常，那就是出汗（虽说也有其他灵长动物以及马通过出汗来降温）。这是因为出汗会排出水分然后蒸发掉，而蒸发过程中带走的能量（也就是把水从液态变成气态所需要的能量）相当大（自然界蒸发过程所需要的能量中，水差不多算是最高的），所以用出汗来降温非常有效率。别的动物比如猫猫狗狗，得靠喘气来进行热量调节，也就是吸入冷空气呼出热空气来与大气交换热量。这比起出汗来效率低太多，因为空气可不像水汽能带走那么多热量，这也是猫猫狗狗当不上长跑健将的原因之一（狗的情况还好一点），跟人和马自然都没法比。现代人类依赖于没有毛发的皮肤来出汗降温，比起其他会排汗的哺乳动物，我们的汗液含水量更高更容易蒸发，而别的动物出的汗会更油（这可能也是我们失去毛发的诸多原因之一——为了适应更热的环境）。然而，能让出汗发挥最大效用的是干热环境，要是空气很热但水汽饱和的话，我们的汗液就没法离开皮肤进入空气了（饱和的空气没法接纳更多的水汽），这就是为什么人类在湿度很高的地方会很不舒服，绝大部分的人都因此更喜欢干热而不是湿热。说了这么多，看起来我好像一直对排汗念念不忘，但我真正想说的是，我们人类是冰河世纪的产物，排汗机制正是最清晰显著的证据之一。如果是在5000万年前（甚至3000万年前），我们调节热量的方式恐怕都无法运转良好，因为那时整个地球没有冰，气候又湿又热。所以，如果人类活动导致又一次出现全球皆热带的环境，依赖于排汗机制的我们恐怕就没办法适应了。跟诸如传染病这样的问题相比（全球变暖也会导致传染病爆发），出不了汗听起来微不足道，但实际上，“极端天气”中的头号杀手可不是令人闻之色变的飓风或者龙卷风，而是热浪。
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无论是什么原因导致了双足直立行走，它都解放了我们祖先的双手，使之可用于抓握工具。有了工具，就能操控周围环境，更好地应对捕食者，也更方便获取食物了（从打猎到采掘）。就这样，双手带来了演化优势。在大约250万年前，人类的脑容量有了显著增长。一个流行的理论是，脑容量增大来自基因突变，这个突变使强大的下颚肌肉变弱了。大部分猿类都在头骨顶部有一道矢状嵴，而下颚肌肉就固定在这道巨大的矢状嵴上，肌肉变弱给了头骨一点自由空间，让它能演化成更大的尺寸。也是在这个时候，能人（Homo habilis）学会了使用石器，他们的大脑比祖先的更大。使用工具是技术上的一大进步，有了它，打猎和采掘能力得以提升，切割和粉碎食物的技术也得到了改善（用来弥补退化了的下颚）。