地球生命简史：环境改变命运
来源：环球地理志（ID：Earth-Sci）
狐臭
或许在国人印象中
那是黑人和白人的“专利”
而在14亿人同胞中
白人狐臭率达到90%
黑人甚至高达99.5%
而在中国
只有约5%的人发育狐臭
据不完全统计
东北地区狐臭人群比重约为1%
华北地区狐臭人群比重约为5%
华南地区狐臭人群比重约为10%
一路向南
越南、缅甸一带狐臭人群比重大于20%
（全球狐臭人群分布示意图）
◤红色代表狐臭比重、黄色代表清爽
不禁好奇
究竟是什么原因造成这一现象呢？
现代医学研究证实
基因变异
导致了东亚人携带“狐臭基因”
大幅度减少
那么
究竟是什么诱发基因突变呢？
原来
我们的先祖
从炎热的非洲走出
大约在3~4万年前
进入温凉的东亚温带地区后
在内蒙古至东北一带定居
3~4万年前
面对天寒地冻的自然环境
先祖身体内部基因组中的
第16号染色体中部ABCC11基因上
导致大汗腺分泌减少
从而大大降低了国人发育狐臭的比例
改变了我们被臭味儿环绕的命运
▼
◤人体汗腺示意图@MAYO
也就是说
生存环境关系到生命演化进程
那么
究竟什么样的生存环境
决定了生命演化的方向
从而驱动了原始生命
从40亿年前的诞生
◤@National Geographic
壹
40亿年以前
因缘际会、和合而生
原始地球
天空中电闪雷鸣、暴雨倾盆
地表上火山喷发、岩浆四溢
海面下黑烟滚滚、热泉滔滔
原始海洋如同一锅“有机汤”
▼
富集了各种有机分子
终于某个旭日初升的时刻
有机分子聚焦在海底黑烟囱周边
▼
组装成一个特殊的大分子
可以进行自我“复制”“粘贴”
姑且称之为“复制子”
（Replicator）
自我复制、生生不息
▼
如同现今的病毒
形成了最早的生命形态
38亿年前
第一层保护——细胞膜
炎热、缺氧、紫外线猛烈
这是早期生命的生存环境
众多复制子在原始海洋“群居而生”
经历了2亿年的逼厌生活后
其中某类“有远见”的复制子
率先在个体外围生成“有机质膜”
类似于一杯牛奶表面形成的薄膜
内部开展更为高效的分工与合作
拥有了RNA、DNA和蛋白质
演化出一个特别的生命混合体
进而从外部恶劣环境独立出来
建立起一个独特的“保护膜”
▼
就这样
在极端严酷的生存环境中
诞生了最早的细胞
形成了所有生命的共同祖先
统治了地球38亿年
▼
35亿年前
能量工厂
共同祖先的后代繁衍了3亿年
早期生存环境再次日趋恶化
或许是营养物质的日渐减少
原始生命再次面对命运的抉择
面对每天迎面而来阳光
如何有效地获取营养
成为每日劳作必备的技能
一些“智慧”的原始细菌（蓝藻）
选择阳光作为能量之源
合成生命所需的营养物质
演化出最早的生命工厂
“光合作用”
但是
早期光合作用仅仅提供能量
并不能直接生成氧气
30~25亿年前
氧气有毒
光合作用又经过了数亿年后
一些生活在海洋表层的蓝藻
每天面对剧烈的阳光曝晒
痛定思痛、演化出新的生存战略
仍然选择太阳光作为能量来源
以水为还原剂
将二氧化碳转化为两个部分
一部分是糖类、为自身提供养分
另一部分是氧、作为副产品排放出去
在局部浅水地区形成含氧气的小环境
类似于沙漠中绿洲
科学家称之为“氧气绿洲”。
（Oxygen Oasis）
这些氧气悄悄改变着自然环境
长期习惯厌氧环境的原始生命
此时、氧气却是有毒的
▼
24.5~22亿年前
提高效率——有氧代谢
亿亿万只蓝藻
经过亿万年孜孜不倦的光合作用
吸收二氧化碳、排出氧气
终于结出累累硕果
氧气开始充填早期大气层
此时的大气氧浓度
激增至现代大气含氧量的1%
科学史称“大氧化事件”
生存环境发生了剧烈变化
在有氧环境的持续激发下
原始生命
由最初讨厌氧气
渐渐地爱上氧气
毕竟
氧气的加入能显著提高生命效率
有氧代谢的能量利用效率
远高于厌氧发酵生存方式
（大气含氧量演化示意图）
▼
24~21亿年前
地球经历了大冰河事件
▼
对于占据海洋的原始生命来说
（细菌和蓝藻）
这次严寒无疑是一场沉重的打击
当温度持续降低时
寒冷会冻结生命体
造成大批原始生命消亡
而一些坚强的蓝藻
却在恶劣的环境中
演化出新的生存技能
生成特殊的抗冻物质
来保证自身生命机能的运转
还有一些细菌
学会了休眠
以求度过难关
▼
21亿年前
真核细胞
自然环境开始转好
大气中含氧量较为稳定
原始生命
经历过天寒地冻的磨砺后
一些贪婪的大体型原核细胞
开始放弃自我生产有机养分
转而张开自身较大的细胞膜
悄悄包裹（捕食）其他小体型细胞
以这些细胞有机体作为食物
汲取营养、养肥自身
然而
小体型细胞亦不甘心束手就擒
为了防止被猎食
早已进化出一层“保护膜”。
直到某个阳光明媚的午后
大体型细胞再次捕获到小体型细胞
但摄取小体型细胞的行动却失败
短暂的猎食演化为永恒的共生
捕食者与被捕食者发生了共生关系
一类小体型细胞
能够进行光合作用
能为大体型细胞提供原料
渐渐演化为叶绿体
另一类细胞
能够进行有氧呼吸
并为宿主细胞提供能量
慢慢演化为线粒体
（真核细胞演化示意图）
▼
终于
经过无数次的“演习和实验”
细胞核也开始形成发育
生命的一小步（第一步）
真核细胞
在激烈的生存环境中诞生了
它是组成高等级生命的基本单元
标注着生命演化进入新的阶段
▼
也正是这一过程
大气富氧环境
迫使一种特殊的厌氧细菌
也钻入了寄主细胞中
21~18亿年前
多细胞生物
当原始生命拥“核”之后
真核生物取得了显著的生存优势
原始生命迅速分化出个体大小差异
对于体型较小的真核生物来说
江湖依然在厮杀
生存压力依然存在
生命继续思考
“如何才能更好地生活？”
面对杀机四伏的江湖危局
某个小体型生命率先挺身而出
率先发出掷地有声的呼声
“天天瞎混是等死、团结起来抗争或许有活路”
于是
它们为了追求美好的明天
团结起来、各司其职、共同生活
组建一个多细胞共同体
形成了早期的多细胞生物（如藻类）
▼
多细胞生物
是生命演化史上重大事件之一
为后续更复杂的生命演化迈出了关键一步
生命的一大步（第二步）
◤多细胞团藻显微照片@Armin Hallmann
但是
迈出第二步、走向第三步
却持续了10亿年
18~8亿年前
无聊十亿年
当时大气层含氧量
长期保持现代大气含氧量的0.1%
低的含氧量抑制了生命演化的步伐
因而推迟了生命多样化进程
多细胞生命并没有进一步发展壮大
特别是没有演化出典型的多细胞动物
（后生动物）
被学界戏称“无聊十亿年”
（BoringBillion）
但是
这段时间或许并不是真正的“无聊”
15亿年前
有性生殖
在“无聊十亿年”中
生命演化步伐并没有停止
原始生命追求活着的意义
一是为了美好的明天
二是为了繁育更多的后代
早期繁育后代的方式简单明快
比如有丝分裂的方式
直接把身体分裂开来
每一部分单独发育成长
但是随着生存环境的变迁
这种繁殖方式的进化速率很低
致使物种多样性发展十分缓慢
▼
偶然之间
两种相同类型的生殖细胞
经过简单的融合后
充分交换DNA等遗传物质后分开
孕育出生命力较为强大的后代
形成了早期有性生殖模式
8亿年前
动植物“分家”
生命演化到这一刻为止
一直属于原始菌藻类的范畴
从细胞的形成到真核细胞
从真核细胞到多细胞生物
并没有出现演化出多细胞动物
当时间的步伐迈向8亿年前
光合作用持续积累
大气含氧量已经达到现今氧气水平的6~7%
氧气在高空中形成臭氧层
臭氧层如同生命的保护伞
抵挡所有有害的紫外线辐射
正是有了这道防护伞
生命演化出多细胞动物
原始后生动物应运而生
早期类似于蠕虫和海绵
动植物“分家”后
迅速分异出生产者和消费者
演化出捕食者与被捕食者
动物的出现
这是生命走向高级的第三步
现存的纤毛虫与动物的先祖相似
7.5~5.8亿年前
有生存压力才有演化动力
陆地帝国——罗迪尼亚大陆解体
潘诺西亚大陆的形成
▼
增加了大陆边缘海的范围
增强了大陆风化作用
促进了多种生物的原始生产率
加大了全球范围内有机碳埋藏
导致大气二氧化碳的急剧下降
致使地球表面温度大大降低
原始地球遭受了一次严重的冰冻
以至于全球陆地全部被冰川覆盖
地球上的海洋也几乎被完全冻结
整个地球就像一个巨大的“雪球”
科学界形象地称之为
“雪球地球”（Snowball Earth）
◤国际空间站俯瞰北半球冬天@NASA
环境灾变
再次重创生命的演化进程
但是
生命从未因挫折而屈服
将严酷的生存压力
演化为前进的动力
事实上
原始生命
在雪球地球发生之前
大多数个体微小、肉眼不可见
▼
在雪球地球发生之后
经历了天寒地冻的压力测试之后
一旦环境转好、身材迅速增长
5.8~5.4亿年前
左右对称
地球从冰雪世界走出后
大气含氧量也达到了现今数值的10%
海洋中漂浮着巨量微体生物（食物）
海水中含氧量也显著提升了
于是
生命的蛰伏是为了更好地绽放
迅速演化出个体更大的生物
绝大多数是肉眼可见的生物
再也不是细微的早期生命
一部分动物为了更好获取氧气和食物
身体迅速横向或纵向发展
发育为扁平的薄饼状
一部分动物开始张牙舞爪
生长出附肢、并呈两侧对称
（节肢动物）
形成了著名的埃迪卡拉生物群
首次出现大量两侧对称的原始生命
▼
那么
原始生命为什么要两侧对称呢？
原来
早期的埃迪卡拉动物群
生活在伊甸乐园
海水中的营养物质异常丰盛
它们不需要刻意捕食
亦不需要躲避别人的捕食
只要摆好姿势、躺着过滤海水
就可以汲取营养、活的有滋有味
▼
然而
生命个体之间的社会环境开始恶化
总有一些贪婪的家伙
习惯于吃“肉”之后
再也不愿意吃斋饭了
迅速演化身强力壮的捕食者
但是
其他生命亦不愿坐以待毙
纷纷开始练就快速逃避的能力
演化出在水体中运动最优化的体形
这就是两侧对称的流线形
可以大大减少摩擦力
于是
被捕食者由于需要逃命
捕食者由于需要快速出击
身体纷纷演化为两侧对称
虽然生命表现出欣欣向荣的盛世
而一场天灾却悄悄降临
▼
当自然环境再次发生恶化
多数埃迪卡拉生物就消失了
这是生命第一次朝向宏体化发展
也是一次不成功的尝试
却为后续成功的尝试积累经验
环境灾变
再次改变生命演化的轨迹
难道
生命就这么不堪一击？
贰
5.41亿年以来
地球进入新时代
▼
◤寒武纪以来地质时代示意图
见证了生命的顽强
血腥与屠戮
爆发与灭绝
原始生命历经多次环境灾难
承受了五次大灭绝
开启螺旋式演化之路
▼
5.41~4.85亿年前
生命大爆发
地球迈入了寒武纪
全球陆地四分五裂
海岸线大大增加
气候转暖、冰川融化
海平面升高、淹没大片低地
形成了分布广泛的浅海地带
特别是这一时期的浅水泻湖
是原始生命的“伊甸园”
原始生命不再囿于少数种群
▼
◤动物生命树@Leonad Eisenberg
内心开始迅速膨胀
在短短2000万年内
进化出20个现生动物门类
（现生后生动物门类共38个）
以及6个已灭绝的门类
▼
◤澄江动物群门类物种丰度饼状图（n=228物种）@赵方臣
其中就包括人类远祖的祖先
（海口鱼或丰娇昆明鱼）。
▼
眼观六路
大气成分的变化
改变了太阳到达地球的光量
视觉进化所需的外在环境悄然改变
那些“先知先觉”的原始动物
迅速进化出眼睛
视觉为一日三餐带来便利
诱发了自然界的捕食与防御
由于捕食者能够看到、追捕、杀死猎物
进而为后期装备各种“捕食套装”奠定基础
比如牙齿和颌骨
作为回应
一些体型较小的原始动物
装备诸如贝壳之类的保护性硬件
以保护较小的躯体免受捕食者的侵害
三叶虫
是第一批进化出真正眼睛的原始动物
头部两侧有一对复眼
▼
每个复眼都是由许多个透镜组成
（有些超过15000个）
▼
4.85~4.43亿年前
向陆地进军
随着冈瓦纳陆地王国的裂解
分裂成多个不同的岛屿
原始生命自寒武纪大爆发后
多数生活在陆地周缘的浅海中
便随着洋流漂向不同陆地的周边
▼
气候适宜、浅海广布
同一祖先的后代在不同的海域演化
环境的差异导致物种的分异
最终演化为不同的新物种
形成了奥陶纪生物大辐射
从此生命群体开始枝繁叶茂
植物登陆
随着不同物种的不断涌现
浅海区域开始变得拥挤不堪
面对这一困境
生命又将如何应对？
终于
海水中一粒藻类
渐渐孕育了探索陆地的“初心”
每天遥望着幅员辽阔的陆地
在一个月黑风高的夜晚
原始植物率先向陆地进军
最初沿河流与陆地交界的水边生长
动物登陆
一些节肢动物尾随其后
类似于蜈蚣或者马陆
开始踏入万籁俱寂的陆地
在苔藓丛下的泥土中掘穴生活
以苔藓植株和孢子为食
搭建了最早的陆地生态系统
从此
◤早期的节肢动物在陆地活动
4.43~4.19亿年前
有下巴的感觉真好
原始生命占据陆地之际
此时的海洋才是生命的主战场
早期的生命进食方式一直比较原始
用嘴巴直接“吸入式”进食
生命个体之间生存环境的竞争
迫使一些“有远见”的鱼类
厌倦了这种效率低下的进食方式
迫切需要更高效的方式
以求在激烈的生存竞争中占据一席之地
▼
于是开始冥思苦想、勤加锻炼
终于进化出“下巴”（颌）
在觅食中可以迅速张开大嘴
然后快速抬升下颌、把猎物吞下
以求获取更多的食物
◤有颌类盾皮鱼纲邓氏鱼在捕食@Karen Carr
颌的出现
标志着脊椎动物
由被动的滤食向主动的捕食过渡
大大提高了脊椎动物的捕食与适应能力
从而使脊椎动物成为“顶级捕食者”
爬上了整个食物链的最顶端
有颌类脊椎动物迅速登上地球大舞台
4.19~3.59亿年前
一条探索陆地的鱼
随着早期节肢动物的登录
陆地上生态系统已经多样化
有这样一种鱼类
提塔利克鱼（Tiktaalik）
经常穿梭于溪流的浅水岸边
抬头遥望辽阔的陆地盛景
勃勃生机、食物充沛
低头审视这浅水区的环境
生活逼仄、食物匮乏
按捺不住内心勇往直前的冲动
“陆地那么大、它想去看看”
终于在一个风和日丽的清晨
尝试着登上陆地、探索新生活
提塔利克鱼具有强大的肉鳍
类似于现今的弹涂鱼
▼
在水中用鳃进行呼吸
水体干涸时、用肉鳍在泥砂中追捕猎物
变得十分适应陆地生活
它在成年时成功登陆
然后回到水中产卵、孵化后代
演化为四足动物
这就是两栖类动物的起源
其实
我们人类
就是一种超级改良版的“鱼”
用“胸鳍”挥动工具
3.59~2.99亿年前
先有蛋、后有鸡
第一条鱼登陆以后
迅速演化为两栖类爬行动物
两栖类只能在在水体中繁衍后代
通过类似现今青蛙产卵的方式繁衍后代
面对陆地缺水且炎热的自然环境
这种生殖方式严重制约了其生存半径
生命演化再一次受到环境的约束
难道
生命前进的脚步会就此而止吗？
到了3.4亿年前
生存环境迫使生命再次进行改进
一种新型爬行动物横空出世
它外表类似于现今蜥蜴
▼
在陆地上产出具有一层羊膜覆盖的卵（蛋）
然后直接孵化后代
进而摆脱了对水的依赖
演化为羊膜动物
这种最早期的“蛋”
▼
开启生命机制的创新
从此开启向内陆进军的步伐
占领陆地上更广阔的生态领域
打造出一片新天地
而真正的鸡
还要在2.5亿年之后才来到地球上
注释：虽然最初的羊膜卵并不含有硬壳，但是羊膜卵的进化使得蛋可以在陆地上诞下，这是四足动物胚胎的生存优势，也使得羊膜动物从两栖类动物分离出来。又经过3000万年之后，蜥形类（包含了鸟类与非鸟类、非哺乳类爬行动物）里分离出合弓纲（包含了哺乳动物）。1.5亿年前，才进化出始祖鸟，8500万年前，才进化出类似于鸡的动物——鸡形目。从这个角度来说，石炭纪已有蛋的存在、而鸡还要在2亿多年之后才出现。
2.99~2.52亿年前
生命大灭绝
地球陆地王国为了争抢地盘
纷纷吸纳海洋中各大岛屿
开始“拥抱-挤压-碰撞”模式
火山喷发、岩浆四溢、硝烟四起
终于在2.52亿年前
巨量火山喷发导致环境巨灾
很多生命还没来得及做出应对
在家园中突然被谋杀了
▼
◤2.6亿年前海陆格局
这次环境灾难从地球上抹去了
约95%的海洋生物物种
约75%的陆地生物物种
是历史时期最惨烈的生物大灭绝事件
▼
这就是二叠纪生物大灭绝
在地球上留下了巨大的生态空间
然而
生命就会这么容易离场吗？
2.52~2.01亿年前
飞向蓝天
二叠纪生物大灭绝过后
又经过3000万年
地球生态系统才完全复原
残存的生命经受了环境的严酷考验
就开始以更加迅猛的步伐前进
开始迅速复苏、占据陆地和海洋
而陆地上却是一场血腥与屠戮
古鳄鱼是这一时期的陆地霸主
有一种类似蜥蜴的爬行动物
为了生存、躲避追捕
每天奔跑、疲于自保
闲暇时刻都在仰望天空
看到昆虫类在天空中飞来飞去
开始按奈不住“蠢蠢欲动”的初心
在一个旭日东升的清晨
发出一声怒吼“再也不能这么活！”
终身一跃、飞向蓝天
探索天空的浩渺与深邃
演化为会飞行的翼龙
几乎同一时期
恐龙也来到了地球上
最初只有一条小狗般大小
哺乳动物亦开始出现
体型更为细小
或许只有曲别针大小
瑟瑟发抖地生活捕食者的魔爪下
▼
2.01亿年~6600万年前
当吃成为最大乐趣
“胖”就是一种必然
全球气温开始升高
陆地的植被开始出现显著变化
蕨类植物逐渐被松柏类植物取代
▼
◤马门溪龙在觅食、前景是苏铁
这些裸子植物属于碳三植物（C3）
叶肉细胞较分散、木质化程度低
对于植食性恐龙来说
无疑是一道易于消化吸收的佳肴
▼
这一时期
对于恐龙来说
环境优美、缺少天敌、食物丰盛
这里就是天堂
于是
“吃”就成为一种爱好和享受
植食性恐龙为了提升吃的效率
更大范围咬食树叶
直接演化出长度惊人的脖子
它们竟然还放弃了咀嚼功能
嘴巴咬取树叶后
直接通过长脖子进入肚子
身体朝向巨型化道路发展
个头可以达到30~40米长
▼
而肉食性恐龙也不甘示弱
为了捕食到猎物
能吃到更多的肉
纷纷演化为体型巨大的猎手
它们努力维持着当时的生态环境
共同统治着当时的地球
▼
而这一时期的哺乳动物
体型类似于一只老鼠
长期生活在恐龙统治的阴影中
耐心地等待着环境的变迁
它们
需要一个机会
▼
叁
公元前6600万年
福兮祸之所伏
或许是某个月明星稀的夜晚
当一条霸王龙在北美某地
饕餮大餐之后
发现夜幕中一颗星星闪烁
正变得越来越亮
霸王龙起初并没有在意
只是用眼角微微瞄了一下
或许在它的记忆里
它才是这片陆地王者
可以无惧任何风险
于是就漫不经心地躺下了
或许到了黎明时分
这颗直径约为10千米的小行星
掀起惊天一颗“巨雷”
把大气层炸开一个巨洞
撞向了墨西哥的尤卡坦半岛
▼
相当于70亿颗投向广岛的原子弹
释放出100万亿吨TNT炸弹爆炸的威力
霸王龙来没来得及做出反应
便和其他恐龙一道
掩埋在厚厚的灰尘中
环境剧变却改变了哺乳动物的命运
从此
地球生命史开始改写
祸兮福之所倚
一部分哺乳动物因身姿娇小
或潜伏于地下而免遭厄运
它们熬过这场大厄运之后
迅速占据了恐龙遗留下的生态空位
翻身农奴把歌唱
开启了崛起之路
迅速演化出灵长动物
5500万年前
阿喀琉斯基猴
穿梭于湖北的江汉平原丛林
▼
1800万年前
非洲原康修尔猿
成为了长臂猿、猩猩和人的共同祖先
1300万年前
人亚科从猩猩亚科分离出来
加泰罗尼亚皮尔老尔猿
是人和各种猩猩的共同祖先
1000万年前
人族从大猩猩族分离出来
700万年前
当气候开始变得寒冷干燥
连绵不断的森林渐渐消失
草原开始大面积分布
一只不安于现状的黑猩猩
纵身一跃、跳向地面
非洲乍得沙赫人诞生
▼
从此
人亚族从黑猩猩亚族分离出来
▼
开启了人类接管地球的时代
▼
至此
生命
在自然环境中选择适应与创新
在社会环境中开启竞争与协作
用40亿年的艰辛历程
告知我们芸芸众生
当你身陷逆境之时
请不要屈服、学会革新
当你顺风顺水之际
请不忘初心、砥砺前行
简而言之
环境改变命运
创新引领未来
祝愿诸位
如6600万年前的哺乳动物远祖
长期的蛰伏拿到属于自己的舞台
或者像700万年前的先祖
努力一跃开启华丽的人生
主要参考文献：
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