幸运的是,那一刻还没有发生,但很有可能会发生。我不想在这个时候插入一丝悲观的调子,但事实是,地球上的生命还有一个极其相关的特质:它会灭绝。相当有规律地。尽管物种费尽心思去组装和保存自己,它们却惊人地、例行公事般地崩溃和死亡。而且它们变得越复杂,似乎灭绝得越快。这或许就是为什么如此多的生命并非特别有野心的原因之一。
因此,每当生命做出大胆的举动时,都是一个相当大的事件,而很少有场合比生命进入我们叙述的下一阶段并走出海洋时更具事件性。
陆地是一个严峻的环境:炎热、干燥、沐浴在强烈的紫外线辐射下,缺乏使水中运动相对轻松的浮力。要在陆地上生存,生物必须对其解剖结构进行彻底的改造。抓住鱼的两端,它会在中间下垂,它的脊椎太弱,无法支撑它。为了在水外生存,海洋生物需要想出新的承重内部结构——这不是一夜之间就能完成的调整。最重要的是,最明显的是,任何陆地生物都必须发展出一种直接从空气中获取氧气而不是从水中过滤氧气的方法。这些并非微不足道的挑战。另一方面,离开水域有一个强大的诱因:水下变得越来越危险。大陆缓慢地融合成一个单一的陆地块,盘古大陆,意味着海岸线比以前少得多,因此沿海栖息地也少得多。所以竞争非常激烈。此外,场景中还出现了一种贪婪且令人不安的新型捕食者,它被设计得如此完美以至于自出现以来的漫长岁月里几乎没有改变:鲨鱼。再也没有比找到替代水环境更合适的时机了。
植物大约在4.5亿年前开始了陆地殖民的过程,必然伴随着微小的螨虫和其他生物,它们需要帮助分解和回收死去的有机物。大型动物花了更长的时间才出现,但大约在4亿年前,它们也开始冒险离开水域。通俗的插图让我们想象最早冒险的陆地居民是一种有野心的鱼——有点像现代的弹涂鱼,可以在干旱期间从一个水坑跳到另一个水坑——甚至是一个完全成形的 amphibian 。事实上,旱地上最早可见的移动居民可能更像现代的潮虫,有时也称为丸虫或鼠妇。这些就是当你翻开石头或圆木时通常会被惊扰的小虫子(实际上是甲壳类动物)。
对于那些学会从空气中呼吸氧气的生物来说,日子过得很好。在陆地生命首次绽放的泥盆纪和石炭纪时期,氧气水平高达35%(相比之下,现在接近20%)。这使得动物能够以惊人的速度长得异常巨大。
你可能会合理地想知道,科学家们是如何知道几亿年前的氧气水平的?答案在于一个略显晦涩但巧妙的领域,称为同位素地球化学。石炭纪和泥盆纪的古老海洋里充满了微小的浮游生物,它们将自己包裹在微小的保护壳内。那时和现在一样,浮游生物通过从大气中吸取氧气,并将其与其他元素(特别是碳)结合,形成耐用的化合物,如碳酸钙,来制造它们的壳。这与长期碳循环中(并在别处讨论过)发生的化学技巧相同——这个过程虽然叙述起来不怎么激动人心,但对于创造一个宜居的行星至关重要。
最终在这个过程中,所有微小的生物都死亡并漂流到海底,在那里它们被缓慢地压缩成石灰岩。浮游生物带到坟墓里的微小原子结构中包括两种非常稳定的同位素——氧-16和氧-18。(如果你忘了同位素是什么,没关系,不过记录在案的是,它是一种中子数异常的原子。)这就是地球化学家介入的地方,因为这些同位素的积累速率取决于它们产生时大气中氧气或二氧化碳的含量。通过比较这些古老的比率,地球化学家可以巧妙地解读古代世界的状况——氧气水平、空气和海洋温度、冰河时代的范围和时间等等。通过将他们的同位素发现与其他化石残留物——花粉水平等等——相结合,科学家们可以相当自信地重现人类眼睛从未见过的整个景观。
在早期陆地生命时期,氧气水平能够如此强劲地积累的主要原因是,世界大部分地区的景观被巨大的树蕨和广阔的沼泽所主导,它们泥泞的特性扰乱了正常的碳循环过程。落下的叶状体和其他死去的植物物质并没有完全腐烂,而是积累在富饶、潮湿的沉积物中,这些沉积物最终被挤压成巨大的煤层,至今仍在维持着许多经济活动。
高浓度的氧气显然促进了超常的生长。迄今发现的最古老的陆地动物痕迹是3.5亿年前一种类似千足虫的生物在苏格兰一块岩石上留下的足迹。它长达三英尺多。在这个时代结束之前,一些千足虫的长度将达到这个数字的两倍以上。
有这样的生物在四处游荡,也许不足为奇的是,那个时期的昆虫进化出了一种能让它们安全地躲避舌头攻击的技巧:它们学会了飞行。有些昆虫对这种新的移动方式掌握得如此娴熟,以至于自那时以来,它们的技术一直没有改变。那时和现在一样,蜻蜓可以以高达每小时三十五英里的速度巡航,瞬间停止,悬停,向后飞,并且能举起比任何人类飞行器比例上都重得多的东西。“美国空军,”一位评论员写道,“把它们放进风洞里想看看它们是怎么做到的,结果绝望了。”它们也大口呼吸着富含氧气的空气。在石炭纪的森林里,蜻蜓长得像乌鸦那么大。树木和其他植被同样达到了超常的尺寸。木贼和树蕨长到五十英尺高,石松长到一百三十英尺。
第一批陆生脊椎动物——也就是说,我们和其他所有生物最终都源自的第一批陆地动物——仍然是个谜。这部分是因为缺乏相关化石,但也部分是因为一位名叫埃里克·雅尔维克的古怪瑞典人,他奇怪的解释和神秘的态度阻碍了这个问题近半个世纪的进展。雅尔维克是20世纪30年代和40年代前往格陵兰寻找鱼类化石的斯堪的纳维亚学者团队的一员。他们尤其寻找的是叶鳍鱼,这种鱼被认为是包括我们和其他所有行走生物(称为四足动物)在内的所有生物的祖先。
大多数动物都是四足动物,所有现存的四足动物都有一个共同点:四肢末端最多有五个手指或脚趾。恐龙、鲸鱼、鸟类、人类,甚至鱼类——都是四足动物,这清楚地表明它们来自一个共同的祖先。这个祖先的线索,据推测,应该在泥盆纪时期,大约4亿年前找到。在此之前,没有任何东西在陆地上行走。在此之后,很多东西都行走了。幸运的是,这个团队找到了这样一种生物,一种三英尺长的动物,叫做鱼石螈(Ichthyostega)。化石的分析工作落到了雅尔维克身上,他于1948年开始研究,并持续了接下来的四十八年。不幸的是,雅尔维克拒绝让任何人研究他的四足动物。世界上的古生物学家们只能满足于两篇粗略的临时论文,其中雅尔维克指出这种生物的四肢各有五个手指,证实了其祖先的重要性。
雅尔维克于1998年去世。他去世后,其他古生物学家急切地检查了标本,发现雅尔维克严重数错了手指和脚趾——实际上每肢有八个——并且未能观察到这种鱼根本不可能行走。鳍的结构使得它会在自身重量下坍塌。不用说,这对于增进我们对第一批陆地动物的理解并没有多大帮助。今天已知有三种早期四足动物,没有一种有五个指头。简而言之,我们不太清楚我们是从哪里来的。
但我们确实来了,尽管达到我们如今显赫的地位当然并非总是一帆风顺。自从陆地生命开始以来,它经历了所谓的四个超级王朝。第一个王朝由原始、行动迟缓但有时相当庞大的两栖动物和爬行动物组成。这个时代最著名的动物是异齿龙(Dimetrodon),一种背上有帆状结构的生物,常与恐龙混淆(包括,我注意到,在卡尔·萨根的书《彗星》的一张图片说明中)。异齿龙实际上是一种合弓纲动物。很久以前,我们也曾是。合弓纲动物是早期爬行动物生命的四个主要分支之一,其他三个是无弓纲、调孔纲和双弓纲。这些名称仅仅指其拥有者头骨侧面发现的小孔的数量和位置。合弓纲动物在下颞部有一个孔;双弓纲动物有两个孔;调孔纲动物在更高位置有一个孔。
随着时间的推移,这些主要群体各自进一步分裂成子群,其中一些繁荣,一些衰落。无弓纲动物产生了龟类,龟类曾一度似乎有点不可思议地准备成为地球上最先进、最致命的物种,后来一次进化上的转向让它们选择了持久性而非统治地位。合弓纲动物分成了四个分支,只有一个分支在二叠纪之后幸存下来。幸运的是,那就是我们所属的分支,它进化成了一个称为兽孔目的原哺乳动物家族。这些构成了第二个超级王朝。