书城科普爱因斯坦的圣经
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第27章 旧约(8)

第十章:大气含有臭氧层 大陆在地表四处移动,地球也在不断发生着变化,微生物继续产生二价氧分子。氧气进入了大气层。空气中的氧含量约占现代大气层氧含量1%的水平。

上层大气的一些氧气受到太阳辐射,引起氧分子分解成原子氧。这就是分子形式的光解作用,系指分子吸收电磁辐射而发生的分解。当光解产生氧原子的时候,其中的一些会与O(下标2)结合起来形成O(下标3),也就是臭氧。这就是分子重组。

如此一来,地球大气层就包含了臭氧层,臭氧层很薄,但吸收了太阳的紫外线:当紫外线撞击O(下标3)时,O(下标3)就分解成O(下标2)和O以及热量。热传递到周围的气体中。O不久与O(下标2)重新组合形成臭氧分子。因此,实际上,紫外线辐射通过光解和重组变成了热量。在地球全部的上层大气层中,不断毁灭和再生的臭氧就过滤了太阳紫外线。撞击地表的紫外线辐射总量因此而下降。

第十一章:地球的恒温机制

一亿年过去了,后来,一颗小游星横穿地球轨道。小游星在加拿大苏伯里地区击中北美大陆。岩片四散达数百公里,形同没有核辐射的核爆炸,土层、残渣和尘土构成的蘑菇云升人大气层。这次冲击产生的压力形成了变形岩。热量使地球的壳层沸腾起来。岩浆熔化了。表面伤痕累累:地表形成一个110公里大的地坑。在某些地方,岩浆像大出血一样喷流出来。在地表之下,携裹着铜、镍、钴、金和白金的岩流塞满了65公里大小的一个穹顶形空室然后固化。富含这些矿物的沉积物便形成了。

在撞击发生地,碳及硫化气体喷入空中。如消防龙头破裂一样,气体喷发出来,冲入天空。这些气体上升到大气层,与大气层中的尘土混在一起。一大块乌云形成了。它在地球投下长长的黑影,数千公里的海洋和陆地一片黑暗。

几个星期之后,气体和尘土在全球各地飘散,太阳光被挡住了,雨也下下来了,使尘土一洗而净。但是,很多二氧化碳和其他气体却留存下来。

因为二氧化碳更多了,地球温度上升了一些。池塘、河湖和海洋的温度也升高了。水比以前更快地蒸发。蒸汽上升并带走了热量。在上层大气层中,水蒸气释放出自己的热量。地球向外太空的红外线辐射增强了。雨云较以前更多地出现。大气层中的二氧化碳溶入雨滴。碳酸雨滴落在洋面上。

水文周期是地球的空调,

温度上升时,

就好像有人开大了空调。

多少年过去了,大气层中的二氧化碳含量下降了,回到了原来的水平。地球温度回归正常。

如此,地球的恒温机制就在H(下标2)O中。雨水和水蒸气调节大地气温。在地球演化史剩下的时间里,恒温作用继续存在。

第十二章:好氧生物

再后,从异形细胞生物中出现了一种新的微生物有机体。这种微生物飘在海洋的表面吸收微量氧气。跟其他许多种微生物一样,它以原生植物为生,并经由代谢发酵过程吸取富于能量的葡萄糖。跟其他一些微生物不一样的是,它利用氧来进一步分解一些化学键。为了打破这些额外的化学键,会利用原始酶。这种新的氧化代谢方法称为呼吸代谢。它从葡萄糖中产生比发酵代谢多两倍的能量。因此,这种新的微生物有更好的能量产生方式。不久,它和其他一些类似微生物成为海洋的主宰者。

地球拥有了第一批利用氧的生命。

大自然吸入了第一丝空气。

古老的植物生命和新的动物生命合并形成代谢周期,其作用机理如下:微型原生植物吸入二氧化碳,经加工后吐出氧气,同时,会呼吸的原生微型动物吸入氧气并吐出二氧化碳。这样,原生植物的废料就成为原生动物的“空气”。原生动物呼出的东西就是原生植物的食物。植物和动物因此而形成伙伴关系。最后,会呼吸的原生动物会繁殖起来,其数量大到足以在动物和植物之间形成氧气和二氧化碳之间的平衡。

伙伴关系会一直持续下去,

直到地球生命的最后一刻。

植物如同一个圆圈构成的弧,它们是一个半弧。动物也如圆弧,它们是另一半弧。这样,植物之弧与动物之弧形成一个整体的圆圈。

第十三章:太阳及地球慢慢变冷

再后,太阳温度有所下降。核中的能量生产有所减缓,太阳的光亮也弱下来。同样,照射到地球的光线也少了。地球温度稍有下降,在南极和北极,雪和冰又开始融合了。

太阳光亮的波动会引起极地冰帽消失。冰川会推进,后退,再推进。但在数亿年间,极地的一些冰雪还会保留下来。再后,也就是三亿年后,冰雪消失了。

第十四章:因氧气而发生的第二次大灭绝

原生植物产生氧气,跟以前一样。但是,由于水中阳离子相对较少,氧气在水中分解。这种情况四处发生。更多的O(下标2)进入了空气中。

氧气与细胞中的有机分子发生反应,破坏了它们的生化系统,引起细胞大量死亡。海底各个深度上的生命大量消失,细胞分解成纯净的有机物质,海洋各处浮满死灭的有机生物。许多微生物物种消失了。在海底,死灭的微细胞就躺在那里。

由氧引发的大规模灭绝开始形成。

并非所有生物都灭绝了。有些微生物拥挤在洋中山脊的喷口上,而那些喷口处积满大量矿物和金属阳离子,并且还在不断地向外喷涌。这样的安全之所,地球仅有数处。一些由抗氧异形细胞组成的厚壁微生物存活下来。继续存留下来的这些微生物当中,有一些是表层原生绿藻,它们早在5亿年前便已经克服了氧的威胁。留存下来的另一类生命形式是呼吸微生物,它们利用氧气完成代谢过程,甚至得到了更大的发展。

弯而不折者存,

终有出头之日。

第十五章:原始真核细胞

一亿年过去,原生植物以极快速度产生氧气时,空气中的氧气含量增大到了现代大气水平的某个百分比。相当重要的臭氧层出现了,它挡住了太阳的紫外射线。就好像地球周围加装了过滤器一样,因为几乎没有紫外线到达地表。

此时,发生了大规模的微生物合并过程,生命在进化,细胞在合并。更大的真核细胞在大气层的臭氧层下进化,因为臭氧层保护了地球上的生命。

数千万年过去了,再后,有些微生物继续变大。其中较大的一种具备了细胞核,这个核如同一座圣殿,供奉着遗传密码。这种新的细胞得有一名,真核细胞。其意思是指“细胞核优良。”

不久,地球上满是真核细胞。其在核心带有特别的功能,称之为细胞器官。有机分子保护和闭合住每一个细胞器官。细胞器官在粘液似的物质上浮动。

带细胞器官的细胞就是真核细胞。细胞器官是真核细胞更小的关键部分。

真核细胞如同公司的办公室,

里面布有功能不同的房间。

办公室就是细胞。

细胞器官就是房间。

在海中,真核细胞多有繁殖。有机分子加速聚往繁殖地。一些遗传密码也移动到位,它们展开,延伸,对齐,然后断开。第二套密码魔术似的也出现了。在细胞里面的核延伸并分裂成两个。每个核都包含这些密码的副本。其他的一些细胞器官也分裂成两个。当细胞拉长时,原生质会断开,母细胞就没有了。两个新生的细胞保留下来。

因此,真核细胞的繁殖并非简单繁殖,这跟原核生物不一样,这种细胞并不是简单地一分为二。但是,新的再生过程也有自己的“优点”,它将基因信息传递到接下来的几代当中去了。

带有特定生物中心的细胞在生物学上有更高的效率,它们各自完成一些具体的生物学任务。因此,真核生物大大繁殖。由于它们消耗掉更多的能量,远远超过原核生物,因此,他们也就吃掉更多食物。它们以呼吸和发酵两种方式代谢。只以发酵来完成任务的原核生物在能量获取上效率更低一些。

许多真核生物的确吃掉原核生物。原核生物的数量下降了。它们是“进化过程”的受害者。

但是,原核生物并没有灭绝,它们的小体积与大数量确保了进化的成功。因此,原核细胞在“核内大战”中吃了败仗,但它们仍然存留下来。

第十六章:原初细胞器官

再后,真核细胞越来越复杂了。许多真核细胞已经长到50微米大了。进化在不断“推进”。通过环境压力,又通过自然选择,原生绿藻进化成现代的绿藻,并都带有真核细胞。另外一些原生微型植物进化成微型植物。

真核细胞包含复杂的细胞器官,其中最重要的是细胞核,里面带有遗传密码。在核中,细胞功能的指令被复制,然后发送出来。一种圆形绿色细胞器官将阳光变成了能量,这就是原初叶绿体。另外一种长椭圆形的细胞器官通过化学反应进行能量的摄取,这就是原初线粒体。这两种细胞器官是最基本的,因一种细胞没有能量就无法发挥作用。还有另外一些细胞器官。溶酶体可分解蛋白质和原初碳水化合物。原初高尔基体和原初内胚层网状组织是一个微管网络,它们收集、修改和排出蛋白质。杆形中心粒由细胞的分裂和繁殖形成。

再后,单细胞真核细胞的原生质里包含了一个空洞,这就是液泡。这种真核微型有机体在液泡里填满气体。液泡膨胀起来。真核通过深海的水体上升。然后,真核细胞又排出一些气体,液泡就松了。这个运动再反过来,真核又下降了。

其他细胞的液泡用于其他目的,比如包裹住营养物,排放废料,存储生物物质。

真核细胞如同一座工厂,

各有专用的楼层和隔间,

隔间里面进行不同的活动,

专业化导致更高生产率。

第十七章:进化加速进行

广宇多有交配欲,

众生无不多后嗣。

再后,藻类真核细菌开始繁殖。细胞器官在复制,细胞拉伸成椭圆形。但是,细胞壁有一部分特别厚,真核的左半边紧拉住右半边,右半边也紧拉住左半边。拉锯战并不能使细胞分开,原生质并没有分裂成两半。花生形的真核出现了,这就是微观世界里的暹罗双胎。而这种功能不全、身体残缺的真核很快死掉。

数亿年期间,短命的双细胞微生物并没有兴旺起来。它们所有的成员全部死灭。

再后,一个双细胞藻类真核、一株原生海草却活了下来。这是微生活的功能性仿生物,它比单细胞真核强不到哪里去。

又有一亿年过去。单细胞微型动物出现了。它们是第一批原生动物。此时原生病毒进化成病毒,原生浮游生物进化成浮游生物。浮游生物来自希腊语,意指“漫游不定”。这是一种四处浮动的海洋生命。

数亿年过去了,两个真核细胞在某海洋水体内纠缠在一起,然后彼此结合。两者之间出现一个空洞,从而形成了一个通道,原生质即从中通行。更大的、带动两倍多细胞器官的有机物出现了。两个细胞核随机移动,直到彼此相遇。然后,它们结合成为一个单一的核。带有各真核细胞的基因密码的分子排起队来,通过折叠、转动、合并、弯曲和结合然后又断裂,分子产生出新的第三套密码。细胞核分裂成三份后,细胞拉长成为一种三杆结构。然后,原生质也分裂成三份。

通过这次相遇,从两个当中形成了三个。真核细胞在复制之前先有相互作用产生。这种新型的繁殖就称为单性细胞繁殖。

新的繁殖模式产生了生命进化中的革命。何以如此?在双体繁殖当中,一个物种的每一个有机体并非是一样的,这种繁殖形式使物种出现了很大的多样性。另外,也不可能完全准确地复制,特别是在更为复杂的双体过程当中:细胞不是从工厂自动生产线上拿下来的机器人,细胞是非常复杂的,总会有一些微观上的差别。母细胞上的这些差别也合并起来,并传到下一代的细胞当中去。在大部分情况下,这些差别不是非常重要的。但有时候,这些差别会导致“较差的细胞”。更有一些时候,这些差别还会产生一些“更优良的细胞”。重大的变化有时候会在代谢机制当中体现出来,在移动能力、原生质的构成、外层膜壁的特性等方面体现出来,功能发挥得差一些的细胞活的时间稍短一些。功能发挥优良的细胞存活的时间就长一些。生活更长时间的细胞有更多交配机会,会产生更多的后代,平均而言也会发挥更好的功能。因此,双体繁殖导致更有进步性的进化。物种的变化有可能是不为人所注意的,有时候甚至是一代一代的随机过程中产生的,但是,在数百万年的时间内,这些变化就会非常显眼了,而且更“优良一些”。

再后来,地球上的生命获得了稳定的进化。更为频繁的进化导致更激烈的生物竞争。而获得了“生物优势”的有机体战胜了没有获得优势的那些有机体。大海成为巨大的生物战场。

这对生命来说是一个残酷的世界。当时,弱者尽数灭掉。强者“得到极好补偿”,因它们取胜了。在一个进化时刻成为王者的物种,到下一个进化周期又成为奴隶,因为新的统治物种突然间出现了。旧的生命形式成为新生命形式的食物。从现在起,物种平均生命周期缩短了。比如,对于浮游生物来说,它的生命缩短为一亿年。

适者生存的法则来到了地球上。进化的法则在地球上投下了巨大的阴影。从此以后,生命和进化的世界会以狂野和几乎随机的方式进行下去。地球再也不一样了。

生物之间的竞争是残酷的,但是,它也有一个益处:它加速了进化过程。新的生命形式每隔几百万年出现一种。进化过程出现了量子跳跃。

第十八章:漫长的冰纪

时在公元前10亿年。南极为大陆所覆盖,赤道温暖的洋流可以畅通地流到南半球更南部的地区,在那里水变冷了。

此时,地球从地质角度来看是相对安宁的。火山爆发不再常见。一些大陆合在一处使数处海底山脊闭合,这样,气体释放就下降了,二氧化碳的来源减少了,同时,光合作用和雨继续清除掉地球大气层中的二氧化碳。二氧化碳下降到最低水平。地表热和辐射不再受其束缚。就好像地球失去了隔热层一样。热量更轻易和随时散失在大气层中。更冷的新型气候形成了。地球历史上最广泛,最漫长的冰纪开始了,在接下来的4亿年里,它会断断续续地继续下去。

冰雪覆盖住了所有的大陆。各处的冰川留下了冰碛岩沉积物,并在岩石上留下刮痕。海洋的温度也下降了,使细胞和生命的代谢率下降。有些物种无法抵挡住寒冷因而灭绝。另一场大规模物种灭绝酝酿成熟。

第十九章:生殖革命

两个即为一体之身。

两亿年过去了,地球温暖一些了,冰川时代出现了短暂的停顿。冰川后退到了极地。因为海水温暖起来,微生物也随之增多繁殖,多细胞藻类又出现了。原生海草变成了原生代海草。

再后,一种孢子状微生植物群落的一个链发生突变。原来的链是微生物植物群落X,新的形式为微生植物群落Y。微生植物群落X和微生植物群落Y并没有太大的差别:尽管它们的细胞包含同样的细胞器官,但是,微生植物X比微生植物Y稍小一点点。有几段基因密码也稍有不同。