簡(jiǎn)明大歷史：拆掉學(xué)科之間的圍墻，在宇宙中自我定位

本文摘自《簡(jiǎn)明大歷史》，[英]伊恩•克夫頓、杰里米•布萊克 著，湖南文藝出版社，2018年1月

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不安分的地球

我們的星球并不是一個(gè)普通的球體，它更像一顆分層的洋蔥。它的內(nèi)芯由固態(tài)鐵構(gòu)成。外面是第一層外核，為熔化的鐵；再外面是地幔，由熔化的巖石構(gòu)成，也就是我們所說(shuō)的巖漿。巖漿的頂部漂浮著一層由固體巖石構(gòu)成的薄外殼，我們就生活在這層地殼的表面。雖然人類(lèi)已經(jīng)登上了月球，但還沒(méi)有到過(guò)地表下 4 千米之外的區(qū)域。

地球還有一層氣體的皮膚，那就是大氣層，其中的 3/4 是氮?dú)猓?/5 是氧氣，這對(duì)生命的形成是至關(guān)重要的。還有少量的其他氣體，其中包括二氧化碳和甲烷—所謂的溫室氣體—它們對(duì)地球上的生命也產(chǎn)生了非常重要的影響（參見(jiàn)第 302 頁(yè)），以及一些水蒸氣，它也是大氣系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分。大氣層隨著高度的增加而愈加稀薄，最終逐漸消失在太空中。

正如大氣中的氣體飄忽不定一樣，構(gòu)成地殼的巖石板塊也在不斷運(yùn)動(dòng)?？茖W(xué)家們?cè)?jīng)認(rèn)為，大陸和海洋的位置是固定的。然而在 1915 年，德國(guó)氣象學(xué)家阿爾弗雷德·魏格納認(rèn)為，大陸并非是靜止的，而是在一直漂移。他觀察到，南美洲東海岸的巖層和化石與非洲西海岸的非常相似，而某些早已滅絕的植物不僅在上兩個(gè)地點(diǎn)被找到，還被發(fā)現(xiàn)在馬達(dá)加斯加、印度和澳大利亞。

多年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)支持魏格納的大陸漂移理論。很明顯，這一過(guò)程對(duì)世界上不同的動(dòng)植物種群的分布和繁衍產(chǎn)生了至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)在地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，在大約 3 億年前，北方的勞亞古陸和南方的岡瓦納大陸曾經(jīng)聚集在一起，從而形成了一個(gè)更大的超大陸—盤(pán)古大陸。而在 2 億—1.8 億年前，盤(pán)古大陸再次分裂成為兩塊大陸，進(jìn)而最終形成今天各個(gè)獨(dú)立的大陸。

但直到 20 世紀(jì) 60 年代，科學(xué)家們才確定了大陸漂移發(fā)生的原理，并命名為板塊構(gòu)造論。地球的外殼是由漂浮在液體地幔之上的板塊組成的，因此它們能夠移動(dòng)。

火山冬天

地震和火山爆發(fā)最頻繁的地方，往往是大陸板塊最活躍的邊界地帶—這將給地球上的生命帶來(lái)災(zāi)難性的影響，甚至是大規(guī)模的物種滅絕（參見(jiàn)第

40 頁(yè)）。歷史上最嚴(yán)重的火山爆發(fā)是 1815 年印度尼西亞的坦博拉火山噴發(fā)。由于它朝地球的大氣層中噴射了太多的灰燼，導(dǎo)致一連數(shù)月陽(yáng)光被阻攔從而降溫，因此對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，第二年是“沒(méi)有夏天的一年”。它還導(dǎo)致農(nóng)作物枯萎、牲畜死亡，使歐洲和北美出現(xiàn)大面積的饑荒。

地表的成因

地球表面的多樣性在生命的進(jìn)化中起到了關(guān)鍵的作用。生物適應(yīng)了各種各樣的地質(zhì)環(huán)境—海洋、海岸、河流、湖泊、丘陵、平原，甚至天空。海洋和山脈阻礙了人類(lèi)的交通，而大江和大河又對(duì)農(nóng)業(yè)和貿(mào)易具有促進(jìn)作用，這些多樣性都在影響著人類(lèi)的歷史。

地表的基本構(gòu)成物質(zhì)是巖石。雖然我們知道這種物質(zhì)異常堅(jiān)硬，且亙古不壞，但在億萬(wàn)年的時(shí)間里，它同樣會(huì)被破壞和重建。其中涉及的一系列進(jìn)程我們稱之為巖石循環(huán)，它需要的能量部分由太陽(yáng)提供，部分來(lái)自地殼下面的熱能。

太陽(yáng)的熱量使水蒸發(fā)，并形成云，進(jìn)而凝結(jié)成雨或者雪落回地面。水流侵蝕巖層，冰雪凝結(jié)成冰川，當(dāng)冰川向下方滑動(dòng)時(shí)，也會(huì)帶動(dòng)被侵蝕的巖層。河流將這些被侵蝕下來(lái)的物質(zhì)帶走，比如黏土和沙礫，一路帶到海底，并沉積在那里。這些沉積物一層層地堆疊，最終被壓縮成巖石，這就是沉積巖。還有一些埋藏得更深的沉積巖，在來(lái)自上方的極大壓力和下方的極高溫度共同作用下，久而久之，它們會(huì)變成另外一種不同的巖石類(lèi)型—變質(zhì)巖。比如說(shuō)，石英巖就是一種變質(zhì)砂巖。除了沉積巖和變質(zhì)巖，還有第三種巖石，那就是火成巖。它們是由涌向地表的巖漿形成的。當(dāng)巖漿被困在地表之下，就會(huì)凝結(jié)成花崗巖。有時(shí)，巖漿也會(huì)找到一條通往地表的通道，比如火山口和地面裂縫，在凝固后就形成了玄武巖。

地球的板塊運(yùn)動(dòng)同樣起到了一定的作用。一個(gè)板塊被推到另一個(gè)板塊的下面，它上面的巖石就會(huì)被地幔下的巖漿所熔化。當(dāng)這兩個(gè)板塊彼此分離的時(shí)候，熔化的巖石又重新回到地表。如果這樣的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在海洋中，就會(huì)形成巨大的大洋中脊。類(lèi)似的火山噴發(fā)，同樣會(huì)創(chuàng)造—以及破壞—山脈。山脈的形成也可以由板塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致，一個(gè)板塊推動(dòng)另一個(gè)板塊，致使先前的水平沉積層折疊起來(lái)，從而形成高聳的山脈。喜馬拉雅山脈就是由印度次大陸板塊擠壓和碰撞亞洲大陸板塊而形成的，它仍在以每年約 1厘米的速度不斷長(zhǎng)高。

類(lèi)似的進(jìn)程還會(huì)帶來(lái)地貌的改變。河流和冰川沖刷出山谷，水流帶來(lái)的沉積物會(huì)在入?？诟浇纬扇侵蕖Ｑ罅骱筒ɡ说臎_刷可以侵蝕地表，并將其沉積在其他地方，從而改變海岸線的形狀。這樣的變化可能對(duì)人類(lèi)造成重要的影響。比如，三角洲的形成會(huì)提供豐饒的土地，為農(nóng)業(yè)帶來(lái)便利，而那些靠海謀生的人則可能對(duì)不斷后退的海岸線叫苦不迭。

什么是生命

所有的生物都會(huì)對(duì)刺激、取食、成長(zhǎng)、繁殖、自我修復(fù)和死亡做出反應(yīng)。可是，非生命體也會(huì)具有某些類(lèi)似的特點(diǎn)—比如水晶可以通過(guò)“吃掉”水中溶解的鹽分而長(zhǎng)大；機(jī)器人也能夠?qū)Υ碳ぷ龀龇磻?yīng)。那么，到底是什么將我們與非生命體區(qū)分開(kāi)的呢？

答案就是細(xì)胞，我們已知的生命基本構(gòu)成單位。單個(gè)的細(xì)胞是非常微小的—最小的直徑只有 1 毫米的 1/1000000。但是細(xì)胞又是已知的最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之一。有些細(xì)胞可以獨(dú)立構(gòu)成生物體（參見(jiàn)第19 頁(yè)），而其他的則在更加復(fù)雜的多細(xì)胞生物體中發(fā)揮著獨(dú)特的作用（參見(jiàn)第 20 頁(yè)）。在人體內(nèi)，可能有多達(dá) 37 萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞。

細(xì)胞有一種能力，可以從周?chē)沫h(huán)境中吸收廣泛的養(yǎng)料，并在體內(nèi)改變其化學(xué)性質(zhì)，創(chuàng)造出更為復(fù)雜的化合物。正是這種能力，使它們能夠通過(guò)一次又一次的分裂來(lái)修復(fù)損傷和再生。

對(duì)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能來(lái)說(shuō)，四類(lèi)化學(xué)物質(zhì)是必不可少的。第一類(lèi)是核酸（DNA 和 RNA），對(duì)遺傳信息進(jìn)行編碼，并執(zhí)行嵌入在該代碼中的指令（參見(jiàn)第 26 頁(yè)）。第二類(lèi)物質(zhì)由蛋白質(zhì)組成，部分用于構(gòu)成組織，部分作為酶的催化劑，幫助促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。

蛋白質(zhì)是由更簡(jiǎn)單的組成要素—氨基酸構(gòu)成的。第三類(lèi)是碳水化合物，其中一些起到構(gòu)成機(jī)體的作用，另一些則用于儲(chǔ)存能量。最簡(jiǎn)單的碳水化合物是由植物在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生的葡萄糖。幾乎所有的動(dòng)物都是從植物中獲得它們所需要的碳水化合物。最后一類(lèi)是脂質(zhì)，是細(xì)胞膜的關(guān)鍵組成部分（參見(jiàn)第 19 頁(yè)）。

所有這些復(fù)雜的物質(zhì)都是由一些相對(duì)簡(jiǎn)單的分子組成的，其中最常見(jiàn)的是水分子和碳原子。水為許多化學(xué)反應(yīng)提供了氧和氫。另外，活的細(xì)胞中大約 2/3 的組成部分是液態(tài)水，水還負(fù)責(zé)溶解和運(yùn)輸更復(fù)雜的化合物。碳原子能夠?qū)⑵渌亟Y(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出各種各樣巨大的有機(jī)化合物，其中許多都溶于水。

生命從哪里來(lái)？

簡(jiǎn)單的微粒，比如水分子和碳原子，是怎樣合成那些構(gòu)成更高級(jí)別生命的化合物的呢？早期地球的大氣中，包含了火山噴發(fā)過(guò)程中排放的氣體，如水蒸氣（H2O）、氮?dú)猓∟2）、二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）。當(dāng)這些氣體冷卻后，氫和氮結(jié)合形成氨（NH3），而一氧化碳和二氧化碳會(huì)促生甲烷（CH4）。

在紫外線下（來(lái)自太陽(yáng)的照射），氨和電火花（比如一道閃電），再加上甲烷、水和二氧化碳就可以合成簡(jiǎn)單的氨基酸，如果再遇上熱量，這些分子就能夠鏈接起來(lái)形成蛋白質(zhì)。類(lèi)似的反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致 DNA 組織結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。此外，一些證據(jù)表明，來(lái)自天外的隕石不僅存在著 DNA 組織，還可能會(huì)帶來(lái)氨基酸。

當(dāng)?shù)厍蚶鋮s時(shí)，大氣中的水蒸氣凝結(jié)形成了早期的海洋，許多不同的礦物質(zhì)和氣體被溶解在水中。很有可能，在大約 40 億年前的這鍋巨大的化學(xué)湯劑中，第一個(gè)能夠自我復(fù)制的分子— 如DNA—已經(jīng)出現(xiàn)了。

作品簡(jiǎn)介

《簡(jiǎn)明大歷史》，[英]伊恩•克夫頓、杰里米•布萊克 著，湖南文藝出版社，2018年1月

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