2024 年 8月 27 日，北京大學地球與空間科學學院教授江大勇在科普中國說·貴州專場帶來演講《劫難之余，向海而生》。

作為智慧的人類，我們常常思考自身的存在，問自己關(guān)于我們的身份、起源以及未來的問題，考慮我們會經(jīng)歷何種變化。這些問題實際上蘊含著我們對生命本質(zhì)的探求。

要了解生命的變化和本質(zhì)，我們需要深入研究地球上的生命。其中，對古生物的研究起著至關(guān)重要的作用。因為古生物研究為我們提供了解生命變化和生命與環(huán)境關(guān)系以及重要時間框架，與更關(guān)注當今時段的所有生命現(xiàn)象和生命規(guī)律的現(xiàn)代生物學相比，古生物多了一個時間尺度，通過它們我們可以更全面地理解生命的歷程：生物的演化過程并非簡單的線性變化，也不是單一的螺旋線，其中既包括緩慢積累的過程，也有重大的突變。

從地球誕生開始看

地球誕生于46億年前，而最早的生命出現(xiàn)于38億年前，包括細菌和藍藻等原始的單細胞原核生物。

經(jīng)過十幾億年的演化，我們從原核生物逐漸演化真核生物，之后又演化出多細胞生物。在地球上發(fā)生了一次雪球事件之后，整個地球被冰雪包裹，然后，多細胞生命開始蓬勃發(fā)展。

大約5.3億至5.2億年前，寒武紀后生生物大爆發(fā)事件發(fā)生，在這一重大演化事件中，現(xiàn)在的所有高級分類單元都出現(xiàn)在地球上。

寒武紀之前被稱為隱生宙，因為生命形式相對簡單，化石記錄較為稀少；而寒武紀和寒武紀之后則被稱為顯生宙，因為在寒武紀大爆發(fā)后，生命形式變得更加多樣，包括產(chǎn)生了有硬體骨骼的生物，寒武紀及其后的時代的化石記錄相對完整。

從寒武紀開始，古生代被認為是海洋無脊椎動物的時代。這些海洋無脊椎動物包括三葉蟲、腕足、雙殼動物以及四射珊瑚等，它們在古生代時期（距今5.2億年至2.52億年）繁盛無比。

也是從寒武紀開始，生命形式逐漸變得復雜，留下了大量化石，證明生命演化的速率逐漸加快。寒武紀時期，澄江動物群中出現(xiàn)了最原始的脊索動物，盡管古生代主要以海洋無脊椎動物為主。

隨著時間的推移，脊椎動物逐漸發(fā)展。在泥盆紀時，魚類成為主導，而在泥盆紀晚期，一些魚類進化出了四肢并上岸，演化為兩棲動物。植物也經(jīng)歷了演化，在更早的志留紀就登上了陸地，從最早的海洋藻類逐漸發(fā)展為陸地植物，使地球變成了綠色的環(huán)境。

到了石炭紀時，兩棲動物演化為爬行動物，這類動物更為發(fā)達，擁有堅固的骨骼和更聰明的大腦。

到了二疊紀末期，發(fā)生了地球歷史上最重大的生物大滅絕事件，然而，爬行動物卻在大滅絕事件后的三疊紀迎來了大發(fā)展時期，最終成為中生代的主要統(tǒng)治者。

在中生代，恐龍統(tǒng)治著陸地，各種海生爬行動物，如魚龍和蛇頸龍占據(jù)大洋，而翼龍和鳥類統(tǒng)治著天空。與此同時，哺乳動物的祖先也在中生代起源。白堊紀末期發(fā)生了一次大滅絕事件，而在大滅絕事件后，哺乳動物在新生代迎來了發(fā)展的機遇，最終演化為現(xiàn)代人類。

總體而言，生物演化并非線性變化，其復雜性可比作一棵樹，每一個分支都代表一類生命形式。而化石記錄的復雜性使得我們對生命演化的了解仍然有限。同時，地球的板塊運動和環(huán)境的變化也在影響著生物演化的過程，要全面理解生物的演化，必須綜合考慮環(huán)境、氣候和地質(zhì)等多個因素，這樣才有可能使我們真正地理解生命的本質(zhì)。

大滅絕：災難和機會同在

在2.52億年前的二疊紀末期，發(fā)生了一場生物大滅絕事件。據(jù)推測，這場滅絕事件可能是由西伯利亞大火山的爆發(fā)引起的。

這次大滅絕事件是地球歷史上最重大的一次。在這次大滅絕事件中，大約有95%的海洋生物滅絕了。例如，寒武紀時期繁盛的三葉蟲和古生代的四射珊瑚都徹底絕跡。同時，地球環(huán)境也經(jīng)歷了劇烈變化，包括高溫、缺氧以及海水酸化等，這些變化導致了地球生態(tài)系統(tǒng)災難性的崩潰。

這標志著地球進入了一個新的時代，即中生代。

中生代是爬行動物的時代，爬行動物空前繁盛，形成了著名的“恐龍時代”?？铸埵莾勺隳軌蛘玖⑿凶叩呐佬袆游?，成功統(tǒng)治了陸地。其能夠適應陸地生活的原因是因為爬行動物會產(chǎn)羊膜卵，這使得胚胎和個體的發(fā)育過程不受外界水環(huán)境的限制，實現(xiàn)了卵的自主孵化。這一特性是爬行動物成為中生代地球主宰的基礎和物質(zhì)基礎。

需要強調(diào)的是，災難和機會同在。在這次大滅絕中，也有些生物獲得了發(fā)展的機會。比如爬行動物就成功抵御了極端的高溫，迎來了大發(fā)展的時期。

中生代的首個時期是三疊紀，接著是侏羅紀和白堊紀。

從三疊紀開始，生物在大滅絕后經(jīng)歷了復蘇。在這個時期，爬行動物迎來了輻射發(fā)展時期，有些分支開始向海洋、陸地和空中進化。陸地上出現(xiàn)了恐龍，標志著爬行動物開始向內(nèi)陸發(fā)展。在三疊紀早期，大約在二疊紀末期大滅絕事件后300萬-400萬年，最早的魚龍就在海洋中出現(xiàn)了。在三疊紀晚期，一些爬行動物演化成了翼龍，向天空進化。在當時地球高溫和缺氧等極端環(huán)境壓力下，其中部分爬行動物向海洋發(fā)展，演化出了海生爬行動物。到了侏羅紀，一些披羽恐龍也長出了翅膀變成鳥飛上了天空——飛到天空中的爬行動物不止翼龍，還有現(xiàn)在的鳥類。

也就是說，這次大滅絕事件催生了爬行動物的多樣性進化路徑，包括海洋中的爬行動物、陸地上的恐龍和天空中的翼龍。在這種災難性的環(huán)境變化中，爬行動物成功適應了不同的生態(tài)系統(tǒng)。

要適應海洋生活，陸地動物要面對哪些挑戰(zhàn)？

爬行動物是真正的陸地動物，即使一些鱷魚和龜類可以在水中生活，它們依然是陸地動物。

然而，作為陸地動物，爬行動物要如何適應海洋生活呢？舉例來說，現(xiàn)今海洋中的爬行動物包括海龜，而哺乳動物則有海豚和鯨等。無論是龍還是哺乳動物都屬于羊膜動物，是典型的陸地生物。雖然人類也憧憬著在藍色的海洋中暢游，但實際上，如果沒有裝備，人在水中的逗留時間是非常有限的。

與陸地動物相比，海洋環(huán)境對任何陸地動物來說都是相當具有挑戰(zhàn)性的。

首先，在海洋中，光線逐漸變得暗淡甚至黑暗，遠不如陸地上明亮。這種光線變化會對生物的生活以及情緒產(chǎn)生影響，因為我們通常在明亮的陽光下感到更加愉悅。而且，在水下，呼吸方式也面臨改變，如今我們必須在水面上呼吸空氣，海洋中的龍、哺乳動物也是如此，它們也需要定期返回水面呼吸。此外，聲音在水中傳播的方式與在空氣中有很大不同，這也是需要適應的一個方面。

其次，運動方式也會隨著從陸地到海洋的轉(zhuǎn)變而改變，因為在水中行走和在陸地上行走是完全不同的體驗。同時在海洋中進食也面臨挑戰(zhàn)，比如在水中吃東西可能導致嗆水的情況。

另外，繁殖方式的變化也是一個重要的挑戰(zhàn)。海洋中的生物必須適應不同的繁殖方式。比如，魚龍是典型的中生代海洋爬行動物，但是它們已經(jīng)無法上陸產(chǎn)卵了；再比如，魚龍和蛇頸龍等爬行動物很可能采用更適應水生環(huán)境的方式比如胎生，而非陸地上的卵生方式。雖然這些物種已經(jīng)滅絕，但通過觀察現(xiàn)代的生命現(xiàn)象，我們可以推測它們在海洋中的生活方式可能更適應于胎生。

總的來說，從陸地到海洋的過程，對于任何生物都是一次挑戰(zhàn)，需要適應各種環(huán)境變化。

作者 | 江大勇北京大學地球與空間科學學院教授