長達46億年的地球歷史,我們該如何理解?不用擔心,以下六個關鍵詞將帶你穿越回遙遠的過去,一起回顧地球波瀾壯闊的歲月。
關鍵詞1大陸漂移
哺乳動物歷史跌宕起伏的助推器
大陸的分裂和碰撞與物種的多樣化有著密切的關係。化石就是大陸漂移最好的證據。例如,舌羊齒是一種已經滅絕的裸子植物,其化石廣泛分布在南美大陸、非洲大陸、南極大陸和澳大利亞等地。這意味著,上述大陸以前曾經形成了一個泛大陸——盤古超大陸。
盤古超大陸分裂
(約1.2億年前)
這時,盤古超大陸分裂為勞亞大陸、非洲大陸和南美大陸。最先分裂出來的勞亞大陸再次分裂。
真獸類動物開始在各大陸獨自演化。勞亞大陸上出現了北方獸類,南美大陸上出現了異關節類,非洲大陸上則出現了非洲獸類。這時的南美大陸與南極大陸可由淺海連通,有袋類動物來到南極,並一路走向澳大利亞。可是,為什麼真獸類動物沒有來到南極呢?科學家尚不清楚其中的原因。這時,恐龍統治著整個地球,真獸類動物還只是形似老鼠的小型動物。
歐亞大陸與非洲大陸碰撞
(約2000萬年前)
澳大利亞和印度大陸快速向北方進發,印度大陸已經撞上歐亞大陸,北半球的陸地大多拼合在一起,形成了現今的北美大陸和歐亞大陸。這時,歐亞大陸與非洲大陸發生碰撞,使得北方獸類與非洲獸類相遇。
北美大陸與南美大陸碰撞
(約300萬年前)
北美大陸與南美大陸的碰撞為北方獸類與異關節類及有袋類動物的相遇創造了機會。北方獸類生活在北美大陸。異關節類和有袋類動物生活在南美大陸,但隨著「外來移民」北方獸類的入侵而幾乎滅絕了。
隨著地球越來越冷,南極大陸被厚厚的冰層覆蓋得嚴嚴實實,生活在這裡的有袋類動物因嚴寒而滅絕了。然而,在與南極大陸分離、已經漂移到中低緯度地區的澳大利亞,有袋類動物卻幸運地存活了下來。
關鍵詞2地幔運動
地幔對流導致大陸漂移
地球內部的地幔對流是大陸分離、運動、碰撞的原動力。地幔位於地殼下方,厚度約2900公里。雖然地幔主要由致密的固體巖石構成,但是卻能夠極其緩慢地運動。地球深處的熾熱巖石變輕,緩慢上升,冷卻後的巖石變重,繼而緩慢沉降,這一過程稱為地幔對流。
我們腳下的陸地是「漂浮」在熾熱地幔上的大陸板塊,並隨著地幔對流在地球表面緩慢漂移。想像一下,漂浮在熱鍋中的一塊薄板隨著熱水的沸騰而不斷晃蕩的情景,大陸板塊也在地球表面不斷移動。
關鍵詞3生物大滅絕
生物大滅絕與新物種爆發的多次輪回
在漫長的地球歷史上,至少發生過5次生物大滅絕,分別是:發生在6600萬年前白堊紀末期,發生在2.52億年前二疊紀末期,發生在2.01億年前的三疊紀末期,發生在3.7億年前的泥盆紀晚期,發生在4.43億年前的奧陶紀末期。在這些年代上下的地層中發現了截然不同的生物化石。
如果沒有6600萬年前的生物大滅絕,哺乳動物就不可能有今天的繁盛。正是由於稱霸地球的恐龍突然滅絕了,哺乳動物才有機會占領突然空出的生態位,做到了多種多樣的演化。
關鍵詞4全球冰凍
為什麼地球被厚厚的冰層覆蓋了?
可以說,全球冰凍(又稱雪球地球)是地球46億年歷史中環境變化最劇烈的事件。在萬里冰封的地球上,除了火山以外,到處都覆蓋著厚厚的冰層,大氣中的二氧化碳含量非常低。而且,大部分陽光都被皚皚冰雪反射回去,無法讓地表升溫。
冰期結束後,冰雪消融的地球開始快速升溫,氣溫甚至能夠高達50℃。大規模的火山活動噴發出大量的二氧化碳,大氣中的二氧化碳含量甚至可達如今的350倍,強烈的溫室效應導致地球迅速升溫。可以說,二氧化碳是把地球從冰凍世界裡解救出來的「大救星」。
關鍵詞5氧氣劇增
地球曾經是一個沒有氧氣的行星
在27億年前,地球上幾乎沒有氧氣。在25億~26億年前,大氣中的氧氣含量開始增多。與此同時,藍藻正在茫茫大海中繁忙地進行光合作用。同時,氧氣與海洋中的鐵發生化學反應,形成條帶狀含鐵建造(banded iron formation,BIF)沉積。
也有一些學者認為,是地幔對流的變化導致了大氣中氧氣含量的增多。地幔對流的變化擴大了適合藍藻生存的淺海,同時減少了能與氧氣發生化學反應的物質,結果藍藻所釋放的氧氣量增多而消耗減少,於是增加了大氣中的氧氣。

↑↑ 培養皿中的藍藻
關鍵詞6生命系統樹
對生物系統樹追根溯源,尋找共同祖先
如果在現存的生物中,有些生物身上能夠較好地保留祖先的形態,我們就可以通過這些生物來了解祖先。生物系統樹能夠幫助我們做到這一心願。系統樹用來表示物種之間的演化關係,它根據各類生物間親緣關係的遠近,把它們分門別類地安置在有分枝的樹狀圖上,這也是生物的「族譜」。
除了通過比較骨骼等形態特徵來製作系統樹之外,還可以通過比較記錄生物遺傳信息的DNA來製作系統樹。這是因為關係越「親密」的物種,其DNA記錄的「字符」序列便越相似。 單細胞生物的系統樹可以通過比較DNA序列來製作。DNA序列越靠近系統樹根部的生物,與共同祖先的親緣關係越近,身上保留共同祖先的痕跡的可能性就越大,可以用以推測共同祖先是什麼樣子的。
本文節選自《科學世界》2015年第11期,對全文感興趣的讀者請點擊本段購買雜誌。