漫談宇宙進化史：太陽係形成或為特殊存在(圖)

zt:作家羅傑-布裏格斯(Roger Briggs)在他的新書《文明之旅：我們任何到達那裏的科學》中展示了基於科學證據和懷疑的宇宙、地球、生命和人類新的創造曆史。現代科學未預料的成就 之一便是它提供了人性起源的線索。天體物理學、進化生物學、分子遺傳學和古人類學的發現產生了從宇宙大爆炸起的連貫故事線。這既是人性嵌入的新宇宙學，也 是科學的偉大旅程。以下盤點了人類起源故事裏最酷的10大科學。

 

　　大閃光：宇宙背景輻射的起源

 

當宇宙還是38萬年曆史時，它冷卻至3000K，這種溫度足以讓電子在高度活躍的狀態下依附在原子核內形成原子物質。這產生了可見範圍附近大量的光子 流，充滿了早期宇宙。隨著宇宙和太空自我膨脹，這些光的波長被拉伸至微波範圍，從而變成宇宙微波背景輻射(CMB)，也就是彭齊亞斯(Penzias)和 威爾遜(Wilson)在1964年意外發現的。

 

喬治-伽莫夫(George Gamow)曾經預測宇宙大爆炸應該會產生這樣的背景輻射，CMB變成支持宇宙大爆炸理論的首批證據之一。自那時起，利用基於太空的設備，例如宇宙背景探 測器(COBE)、威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器(WMAP)和現在的普朗克宇宙飛船對CMB的研究持續成為有關早期宇宙和它最深結構的豐富的 信息源。

 

　　黑暗時期的終結：第一批恒星的產生

 

大約宇宙大爆炸後4億年，整個宇宙足夠冷卻使得引力足以合並氫氣雲形成恒星，並首次點燃了核聚變。首批恒星產生的驚人的輻射標誌著黑暗時期的終結，同 時電離了臨近氫氣雲。這種再次電離是首批恒星的印記，且能夠從類星體的光譜特征、CMB的兩極分化以及氫氣的21厘米發射譜線中觀測到。

 

首批恒星的出生標誌著宇宙生命的轉折點：從那時起宇宙就獲得了我們現在觀測到的特征，星係內充滿了恒星，後者被行星係統所包圍。恒星在宇宙中執行某些 非常重要的工作：它們製造比氫更重的元素，在自身形成過程中同時也創造了行星並為這些行星提供能量，正如太陽為我們地球提供能量一樣。

 

　　太陽係的形成：獨一無二？

 

像太陽這樣的G級恒星在宇宙隨處可見，但隻有少數像太陽一樣以單一恒星的形式存在並包含92種自然產生的元素。對係外行星的研究使得天文學家獲得證據 表明幾乎所有的恒星在自身形成過程中都會產生行星係統，這與目前的恒星形成理論是相一致的。但目前為止觀測到的大部分行星係統看起來非常怪異且不適合生命 存在——木星大小的行星環繞自身恒星的距離比水星環繞太陽的距離都要近，或者五顆行星聚集在一起形成比水星軌道還要小的空間。天文學家目前還未觀測到一個 像太陽係內整齊排列的恒星係統，裏麵包含位於宜居帶的多岩石行星。

 

　　那麽問題是，地球的處境到底有多特殊？

 

當研究人員估計銀河係內大約有80億或者90億顆恒星——這大概是恒星總數的5%——擁有類似地球的行星時——這使得別處存在智能生命的概率變得非常 大。然而截止目前，在地球以外並未發現任何生命或者生命的跡象，因此問題變為地球究竟有多罕見或者常見，以及人類究竟有多獨特？

 

　　生命的開始

 

古代岩石裏碳12的存在暗示著地球上的生命開始於38億年前。這意味著DNA或者某些先驅分子已經組合甚至可能開始了流水般的自我複製以驅動生命的進化。但這樣脆弱且複雜的分子是如何組合而成的？

 

有機分子現存在於整個宇宙，它們被發現於恒星、氣體雲和1969年墜落地球的默奇森隕石的光譜特征裏，默奇森隕石包含92種不同的氨基酸，大多數從未 在地球上見過。然而，從氨基酸分子到具有能夠提供能量的新陳代謝係統的生物體是一個巨大的飛躍，而一個基因係統能夠存儲信息、指導蛋白質的建造、調節有機 體的每個功能並自我複製，所有的一切都包含在細胞膜裏。

 

生命是否可能起源於它處？或者它是某些分子意外結合在一起的結果。或者宇宙存在某些基本的組織原則驅動物質向複雜性發展？我們並不知道答案，生命的起源仍是科學界最大的謎題之一。

 

　　大氧化事件(Great Oxygenation Event)、雪球地球(Snowball Earth)和真核生物的產生

 

 

25億年前地球上的生命麵臨了最大的生存危機，當時地球大氣層從以二氧化碳為主轉變為富含氧氣。當時的生命主要是原核生物，或者類似細菌的生物，它們 以二氧化碳為生。但光合細菌消耗了二氧化碳並產生了有毒的氧氣，後者最終充滿了大氣層。更糟糕的是，大氣中二氧化碳量的減少導致地球變成一個巨大的冰凍星 球，從而形成名為雪球地球的事件。除了赤道地區，整個地球被厚厚的冰層覆蓋，生活在深海的生命幾乎滅絕。然而，在這次危機中一個新的更複雜的生命形式出現 了：真核生物。

 

1967年琳恩-馬古利斯(Lynn Margulis)首次提出某些原核有機物能夠在她稱之為內共生的合作關係裏相互結合，從而幫助它們度過這場危機。我們現在理解了動物細胞裏的線粒體和植 物細胞裏的葉綠體在被吞沒形成真核細胞器之前，曾經都是單獨的有機物。它們仍然攜帶有作為原核生物時的原始基因。真核生物的出現打開了更高級的生命形式 ——包括我們人類出現的大門。

 

　　幸運的我們：白堊-第三紀滅絕事件

 

恐龍統治了地球長達2億年，然後在6500萬年前它們忽然消失了。1980年路易斯-阿爾瓦雷斯(Luis Alvarez)和沃特-阿爾瓦雷斯(Walter Alvarez)這對父子首次解釋了恐龍的命運。他們發現追溯到6500萬年前的岩石裏存在銥層，由於銥在地球上是非常罕見的，因此他們提出它們的來源是 當時撞擊地球的一顆隕石。他們的理論最初頗受爭議，很多人對此表示懷疑，但其他研究人員開始在地球其它地區的岩石裏發現相似的銥，這暗示著這是一場全球性 事件，最終在尤卡坦半島附近發現了一個年代相似的隕石坑。

 

希克蘇魯伯隕石大小約為10-15千米，當時它以10000英裏每小時的速度撞擊地球，引發了全球變冷，這對大部分陸地植物和動物來說是摧毀性打擊。 但小型的多毛哺乳動物挖洞生活在地下從而存活下來。它們一直生活在恐龍的陰影下，但隨著恐龍的消失，它們茁壯成長體積也日漸增大，繼而成為地球的新統治 者。最終哺乳動物的血係進化成為靈長類動物、類人猿、直立人以及最終的人類血係，後者最終產生了現代人類。如果不是6500萬年前的流星撞擊，人類是否能 夠出現都是個問題。

 

　　工具時代：人類的出現

 

大約500萬年前，非洲某些類人猿掌握了直立行走的藝術——它們是原始人類。在接下來的幾百萬年間，他們作為南方古猿與至少7個不同的人類物種共同生 活在非洲。但大約250萬年後，一個新的血係從南方古猿物種中分離出來，就是現在所謂的人類類屬。至於這次分支是如何以及何時發生的，以及涉及了哪些人類 物種，現在仍備受爭議。但最普遍的觀點是能人是這個新血係的第一名成員，200萬年前我們稱之為直立人的祖先生活在東非，並很快移民至歐亞大陸和亞洲。

 

大約250萬年前石器工具也首次出現在化石記錄裏，它位於早期人類的化石殘骸附近。沒有任何其他的生命形式曾經製造並使用過石器工具並將這門藝術傳遞 給下一代。這便是真正的文化產生和科技的到來。與工具的發展並行的是大腦容量的快速擴張，最終在20萬年前，尼安德特人和智人的腦容量已經翻了三倍。然 而，尼安德特人似乎並沒有跟上科技的發展，而智人持續的發展科技、文化和意識性，最終所有原始人類物種都滅絕了，除了我們——最後也是唯一存活的原始人 類。

 

　　朋友還是敵人：尼安德特人是誰？

 

100萬年前，生活在非洲的匠人(也被稱為直立人)開始進化成一個新的物種海德堡直立人，他們可能是人類最直接的祖先。這個新物種的某些成員仍留在非 洲，而其他人離開非洲前往歐洲，在那裏他們留下了追溯到80萬年前的化石記錄。歐洲的海德堡直立人群適應了更加寒冷的環境並在40萬年前進化成尼安德特 人。

 

尼安德特人具有非常大的大腦且非常智能，存在於整個亞洲中部和歐洲，而他們留在非洲的近親則進化成為現代人類——智人。大約10萬年前，智人首次離開 非洲，與尼安德特人的生活軌跡發生了衝突，他們先是來到亞洲中部隨後前往非洲。科學家目前尚未完全理解智人和尼安德特人之間神秘的交互方式。

 

最終，大約3萬年前，尼安德特人撤退至西班牙和葡萄牙，就是在那裏他們最終滅絕了。目前並沒有真實的證據表明人類殺死了尼安德特人，他們使用的工具的相似性暗示著文化的重疊。但近期馬克思普朗克研究所的斯萬特-帕博(Svante Pääbo)和同事發表的基因研究表明，某些歐洲後裔仍然攜帶4%的尼安德特人的DNA，這暗示著毫無疑問這兩個物種某種程度上曾經雜交過。

 

　　向前的大飛躍

 

美國加州大學洛杉磯分校的教授賈雷德-戴蒙德(Jared Diamond)在1992年的書籍《第三種黑猩猩—人類的進化及未來》(The Third Chimpanzee: The Evolution and Future of the Human Animal)中曾描述過這一現象，理查德-克萊因(Richard Klein)在2002年的書籍《人類文化的黎明》中將之稱為“人類文明的大爆炸”。考古學家獲得了有關石器文化的強有力的證據指向了人類智能在10萬年至6萬年前曾發生令人震驚的大飛躍。

 

令人好奇的是，基因學家也發現了在那個時期，地球上全部人類的數量驟然下降至幾千人。究竟是什麽導致人口數量的瓶頸現在無從得知，但忽略7.3萬年前 在蘇門答臘島上發生的托巴火山噴發也是不現實的。這是在過去的3000萬年間發生的最大的火山事件，導致在印度沉積了30英尺厚的火山灰層，並引發了持續 上千年的全球冬天。

 

似乎生活在東非並在托巴火山噴發事件中存活下來的人類是一個更新更好的智人物種，它們能夠使用口語並會借助合作文化所帶來的力量。這些新人類，有時候 被稱為現代人類，很快離開了非洲並在相對短的時間內傳播至地球上每一塊可以居住的大陸上，推動了尼安德特人和其他殘餘人類物種的滅亡。自大飛躍事件後，沒 有什麽活著的生物能夠與我們競爭。

 

　　文明的到來

 

 

 

在過去的200萬年，我們的祖先都是遊牧的采集狩獵者。1.15萬年前，隨著地球氣候變得越來越溫和，人類行為也逐漸發生了改變。生活在中東的人們開 始實驗可食植物，從最好的植物裏選擇種子並將它們種植在受保護的地區。這種園藝需要人們停留在一個地方照顧他們的莊稼，逐漸的遊牧生活方式被更定棲更持久 的安營紮寨所取代。動物也被家養成為夥伴、仆人或者食物的來源。大約1萬年前，大型永久的居所，例如傑利科和恰塔霍裕克，開始出現在考古記錄裏。這種“原 始城市”並非真正的城市，而是類似於無組織的鄉村，具有福利、財富分化以及等級跡象。但另一個可以與大飛躍相媲美的人類發展的轉移即將發生。

 

大約5200年前，第一批城市-州首次出現在中東好幾處地點。首次考古記錄顯示了清晰的證據表明社會層理和幾乎持有所有財務和權力的統治精英的存在，暗示了文明的到來。

 

隨著書寫的發明，人類的文明可以被永久的記錄和控製，現代社會的大多數特征開始出現，包括中央集權政府和權力，軍隊和福利，有組織的宗教，父係社會， 貨幣製度，貧困，大規模農業，貿易網絡和帝國。很快在全世界各個不同地點獨立出現了文明，包括中國、印度、埃及、秘魯、克裏特島和墨西哥。在過去的 5000年間這些幾乎沒有太大的改變，除了名字和地點。這究竟是表明一切進行的都很好，還是暗示著人類已經準備好新的一次大飛躍？