引言
当你读到这段文字时,不妨先停下来想一个简单的问题:你,是怎么来的?
地球诞生于45亿年前,约38亿年前,地球上最早的生命出现了。从最初的那个细胞,到今天的你我,生命之路历尽数不清的劫难和各种灭绝,度过冰期、超级火山、战乱、瘟疫与饥荒,任何一场大劫难都让许多血脉中断了。然而我们的祖先每一次都幸存下来,一代一代,从未断绝,才有了此刻的你和我。
这篇文章以现代基因学、考古学和历史人口学的研究为据,探索生命从星尘中起源,蛰伏和显身的演化进化简史,追寻我们祖先生存和迁徙的足迹,回望中华民族数千年的苦难与挣扎。
写下这些,只想说明一个意思:我们每一个人,都是奇迹中的奇迹,都是劫后余生。知道来处之不易,才会真正珍惜眼前的日子。
本文共分四个部分,第一部分,我们都从星尘中来;第二部分,艰难迁徙万劫有福;第三部分,劫后余生庆余年;第四部分,注释及依据说明。这四个部分层层递进的阐述了生命的诞生、演化进化过程,以及人类历史和人口的变迁。限于篇幅有些长,这四个部分分四次发表,时空通讯愿与各位朋友分享。
第四部分95条注释将逐一注明正文观点与数据的出处,供读者查证与讨论。
第一部分 我们都从星尘中来
地球上现有的人类已经超过了八十亿[1],芸芸众生遍布每个角落,有的贫穷,有的富有,有的高贵,有的卑微,或花天酒地,或饥寒交迫,或睦邻友好,或战争屠戮,世界没有一天消停。
但每个人能够存活于现世,有多么不容易,有几人能知,有几人能珍惜?
生命本身就是个奇迹
现代科学已经证明,地球只不过广袤的宇宙中一粒尘埃。上世纪旅行者一号无人探测器在飞离地球约60亿公里的深空回眸一瞥,拍下了一张令人惊恐且震撼的照片,在那张照片上仔细分辨有一个微弱的暗淡蓝色光斑,只有约0.12像素,放大了才能肉眼辨识[2],而这个小小暗淡蓝点,就是承载着80亿人口以及无数生命体的地球。
而太阳引力主导的范围(希尔球半径)约有1至3光年,其外缘的奥尔特云延伸约1光年,也就是9.46万亿公里[3]。不要说到达这个范围边缘,旅行者一号飞了近50年,至今仅飞离地球256亿公里,早就看不到地球了。
太阳只是银河系数千亿颗恒星中普通一颗,银河系只是可观测宇宙中至少数千亿、可能多达数万亿个星系之一[4],可观测宇宙半径465亿光年[5],可观测宇宙之外还有人类无法企及的不可观测宇宙,不知要比可观测宇宙大多少倍。
在这样浩渺无垠的宇宙中,科学家们穷尽各种观测能力,迄今还没有在地球之外的星球上发现任何生命。我们虽然至今还无法确定,在地球之外到底有没有生命的存在,但至少可以说这个概率太小了,到底小到多少亿亿分之一,还难以定论。
所以,每一个生命都是奇迹
现代科学已经越来越清晰地描绘出地球生命演化路线图:地球约在45.4亿年前形成[6],一颗火星大小、被科学家称为“忒伊亚”的天体撞击地球,分裂出了月球[7];地表从岩浆海洋渐渐冷却成为地壳,初始的大气无氧气,而是充满甲烷、氨气、水蒸气;冰陨石雨撞击和持续百万年暴雨,让地球汇聚出了原始海洋;深海热泉口不断释放化学物质,闪电、地热催化无机物合成出氨基酸、核苷酸等有机小分子。
约38亿年前(甚至更早),地球上出现了最早的生命迹象[8]。按目前的主流假说,热泉等环境中的有机大分子逐步形成RNA自复制分子,并被脂质膜包裹,诞生了第一个单细胞原核生命,这是现存所有生物的共同祖先(LUCA)[9];此后历经十几亿年,一直到约25亿年前,单细胞独霸地球,它们是厌氧细菌、蓝藻等,依靠地热、阳光生存。
关键的变革是蓝藻通过持续光合作用释放氧气,让地球大气从贫氧变成富氧,为复杂好氧生命铺就了道路;约24亿年前开始的大氧化事件使厌氧生物的生存空间急剧缩小(但并未完全灭绝),并逐步促成了臭氧层的形成,阻挡来自太阳的致命紫外线,由此陆地和海洋具备了宜居条件,生命随之迎来第一次大跃迁[10]。
约20亿年前(也可能更早),与阿斯加德古菌相关的宿主细胞与细菌发生内共生,细菌演化为线粒体,随后诞生了真核细胞,细胞能量效率暴涨,奠定了产生多细胞生物的基础[11];约10.5亿年前,出现了已知最早的有性生殖证据,基因重组大幅提升变异速度,演化加速[12];约7.2—6.35亿年前的成冰纪,两次“雪球地球”冰期,全球冰封,生命仅存深海热泉避难所,极端筛选大幅重塑生命基因库[13]。
约5.75—5.41亿年前,埃迪卡拉生物群,是地球上已知最早的大规模复杂多细胞生物群落[14]。
埃迪卡拉生物成员几乎都是软躯体生物,没有骨骼和硬壳,靠印痕保存在砂岩里。常见形态有三类:叶状/蕨状,如查恩虫(Charnia);圆盘状或三辐射对称,如三角水母状的三臂虫;扁平的“绗缝垫”状,如著名的狄更逊水母(Dickinsonia,2018年脂质分析已证实其属于动物)[15]。还有金伯拉虫(Kimberella)这类被认为可能是早期软体动物近亲的爬行者。
1946年,地质学家斯普里格在南澳大利亚弗林德斯山脉的埃迪卡拉丘陵(Ediacara Hills)首次发现这类化石[16],后来这一生物群和整个地质年代都以该地命名。但这些被视为地球上第一批复杂的软体动物或许是太脆弱了,在种种灾难中没能熬过来而灭绝了。尽管如此,现代科学研究认为,它相当于在寒武纪动物大爆发登场之前,复杂生命在海洋里的一次大彩排。
这是一个重要分界线
在此之前,地球生命大多以微生物形态存在,化石证据稀少,难以辨认,因此寒武纪之前的漫长岁月旧称"隐生宙"(意为"隐藏生命的时代",现细分为冥古宙、太古宙、元古宙,合称前寒武纪);埃迪卡拉生物群,则是隐生宙帷幕落下前第一道肉眼可见的曙光。
从寒武纪开始,动物大量长出硬壳与骨骼,化石记录骤然丰富,地球历史由此进入"显生宙"(意为"可见生命的时代"),并一直延续至今。
约5.39—4.85亿年前的寒武纪,地球生命迎来了大爆发,绝大多数现生动物门类在相对较短的地质时间内相继出现[17];生命从软体动物,到逐渐出现最早脊索、脊椎动物,我们鱼类祖先正式登场了;之后,生命从海洋蔓延到陆地,期间经历过多次大灭绝,自然筛选不断改变物种分支,直至恐龙统治地球约一亿七千万年[18]。
约2.25亿年前,人类的哺乳动物祖先出现了[19],它们只有老鼠大小,躲在恐龙的阴影中昼伏夜出,夹缝求生。6600万年前,一颗直径约10公里的小行星撞击地球,导致地球上约75%的物种灭绝[20],再次改变了生命演化路径,恐龙退出了历史舞台。
夹缝中的哺乳动物终于到了扬眉吐气的时候,物种快速分化;约6600万年前,最早的灵长形类祖先出现,约5600万年前真正的灵长类登场[21],它们栖身树上,具有立体视觉和灵活抓握的手,大脑更发达,依靠果实、昆虫生存。经历漫长的演化,古猿出现了。
约1200万年前,欧洲出现了森林古猿[22];约600万~800万年前,人族与黑猩猩的谱系分离[23]。约800万~500万年前,非洲东部地壳抬升,雨林逐渐退化为稀树草原[24];一部分古猿留在树林,成为现代黑猩猩祖先;另一部分被迫下地,逐渐演化出直立行走能力——从约700万年前的沙赫人初步具备直立行走,到约400万年前南方古猿实现稳定的双足行走[25],代表着人类演化进程出现了标志性突破。
直立行走可以解放双手,节省移动能量,远距离瞭望天敌,脑容量得到逐步提升,最终演化出人类的直系祖先——能人、直立人、海德堡人等,30万年前,人类的直接祖先——晚期智人出现了[26]。
从生命演化的过程,我们应该得到这样的启发,从最开始那个细胞,就已经孕育了人类的诞生,经历过多次的大灭绝和进化淘汰,最终才出现了人类,每一次的灭绝和淘汰,人类的始祖、祖先都有幸留存下来,才有了今天的人类。
在这个世界从无机演化出有机,从有机演化出生命,从简单生命演化出复杂生命,从低等生物演化出高等生物,再从高等生物中演化进化出智慧,乃至出现主宰地球的人类,这里面每一个环节的失败,都有可能不会出现你我。
由此可见,偌大的宇宙中,人类能够在地球上出现,实在是奇迹中的奇迹。
我们来捋一捋,我们的祖先有多幸运,才让我们存续下来
从约38亿年前最早诞生的那个细胞开始,一直到寒武纪生命大爆发,以及后来多次的大灭绝事件,我们的祖先一直就幸存下来;
6600万年前的白垩纪大灭绝,哺乳动物的祖先,那种像老鼠的始祖兽得以幸存,然后才演化出哺乳动物,最终演化出古猿、人种,我们的祖先就一直在演化中幸存。最初的人种有十几种,在生存竞争与自然淘汰中,最终只剩下智人一个种群,我们的祖先有幸身处其中。
约93万—81万年前,早~中更新世过渡期的剧烈气候变化(冰川大规模扩张、全球气温骤降、海平面大幅下降),让所有人类共同祖先遭遇到极端的生存瓶颈,约98.7%的古人类消亡,全球有效繁殖个体从约9.87万锐减至约1280个,这一危机持续了约11.7万年[27]。
正是这些在非洲避难中幸存的祖先,最终进化出我们的直系祖先——智人,现代存在的每个人的祖先,就隐藏在这1280个祖先个体中间(注:提出该瓶颈的研究并未将这批人群认定为特定物种)[28]。遗传学研究还表明,所有现代人的母系线粒体DNA都可追溯到一位生活在约15万—20万年前非洲的女性(“线粒体夏娃”),父系Y染色体都可追溯到一位生活在约20万—30万年前非洲的男性(“Y染色体亚当”)。
但他们并非当时仅存的人类,更不是夫妻,只是各自的遗传谱系恰好延续至今,而同时代其他人的相应谱系在漫长岁月中逐渐中断了[29]。
研究表明,现代人的直接祖先——智人,约出现在30万年前,种群发展到约2~3万人口;19—13万年前(MIS6冰期)的严酷气候进一步加剧人口压力,更新世大部分时间里人类的有效繁殖种群可能只有约1万人左右[30]。
7.4万年前,印尼苏门答腊多巴湖发生VEI-8级超级喷发,是第四纪已知规模最大的火山爆发之一,喷出的岩浆与火山碎屑总体积约2800立方公里[31]。有学者据此提出“多巴灾难”假说,认为喷发将大量二氧化硫送入平流层,引发了长达数年至十年的火山寒冬[32];由于阳光大幅衰减,全球平均气温骤降,光合作用几乎停滞,全球植被大面积枯死,食物链崩溃,早期智人的生存根基被摧毁,可繁殖人口可能锐减到3000人左右[33]。
不过,近年来的遗传学与考古学研究,尚未发现与该时间吻合的人口瓶颈或区域性灾难的确凿证据,由此对这一假说提出了强烈质疑[34]。无论如何,我们每个人的祖先有幸在留存下来的人类种子当中,并繁衍至今。
正是这些祖先,在约6万—5万年前[35],分化出了一群具有前瞻性且勇于开拓的人们,他们开始从非洲向世界各地迁徙,寻找新的生存伊甸园。全基因组测序与遗传学研究估计,这支迁徙祖先的有效繁殖规模约为1000~2500人(有效种群大小,实际人数可能更多),主流估计取其中间值约1300人,少数极端模型的最低估算仅数百名可育成年人[36]。
我们每个人的祖先,又正好在这些迁徙的队列中,经历远不止的九九八十一磨难,并一直后代绵延,才有了如今的你我他。
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(未完待续,敬请期待第二部分:艰难迁徙万劫有福)
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