创造了无限可能性的偶然
2022-06-17 15:36阅读：
文/姚斌
《进化的偶然》是我读过的第二本肖恩·卡罗尔的书，之前读过他的第一本是《生命的法则》。在这本《进化的偶然》书中，肖恩·卡罗尔向我们揭示了偶然在我们的身体和地球形成过程中发挥的巨大作用。
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所谓的“偶然”是指一种罕见、不可预测或者是随机的事件，又或者说是一种需要很多变量或影响因素才能发生的事件。这样事件的发生具有随机性。我们迄今为止见过的世界，包括小行星撞击，地球构造板块的形成、移动和碰撞，以及地球气候的快速变化，都是这种偶然事件。与偶然不同，“意外”是指一种对特定结果产生所必需的过去发生的事件和过程。如果结果依赖或取决于一系列事件或过程，导致如果其中每一个事件没有发生，结果就不会发生，那么其中涉及到每一个事件或过程就是一种情理之中的意外。因此，偶然与事件本身有关，意外则是通过事后的领悟才显现出来的。两者的相关性在于，偶然事件可以通过它产生的影响变成一次历史性的意外。情理之中的意外是意料之外的偶然结果。小行星撞击是一个意料之外的偶然，但它同样也是一种导致哺乳动物、灵长目动物以及我们人类崛起的情理之中的意外。卡罗尔的重点在于偶然，特指那些变成意外的特定偶然事件。
《偶然和必然》出版于1970年。杰出的生物学家雅克·莫诺在其中阐述了来自DNA研究和破译遗传密码的最新科学发展。他实事求是地解释了基因突变是DNA文本偶然发生的改变，以及发生突变造成的广泛的影响。他提出了一个在500年的科学发展史中最有影响力的观点：我们称这些突变是偶然的，我们说它们是随机发生的，那么我们必然会得出这样的结论——“只有偶然本身才是生物圈所有创造、每一次创新的源头。”“人类是数不清的偶然事件的产物，”莫诺写道，“是一场巨型蒙特卡洛游戏的结果，我们的数字最终还是出现了，在意想不到的时刻出现。”
之后，在针对地球历史和运行方式开展了更多的研究后，证实了雅克的论断。我们逐渐了解生命的进程是被形形色色的宇宙层面和地质层面的偶然事件推来搡去的，要是没有这些事件，人类也就不会出现。在深入探究人类的历史时，我们看到了大流行病、旱灾和其他一些改变文明进程的插曲如何由自然界中随机发生的事件所触发，而这些事件也许本来并不会发生。在探究人类生物学和那些影响我们个人生活的因素时，我们当场抓获了正在作案的偶然，它掌管着生死之间通常很细的那条分界线。
20世
纪最为惊人的革命性科学发现之一是，地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯破译了岩石层的记录，揭开了恐龙及其它哺乳动物灭绝的奥秘。导致此次大灭绝的物质来自外太空，而非地球。1980年，沃尔特·阿尔瓦雷斯在研究K-Pg界线(旧称K-T界线)地层时发现，全球的白垩纪与古近纪交接地层中的铱含量高于正常标准。于是，他提出白垩纪-古近纪灭绝事件是因为陨石撞击造成的。更进一步的发现认为是造成该灭绝事件的巨大撞击坑——希克苏鲁伯陨石坑。该陨石坑是地球表面最大型的撞击地形之一，而撞击的小行星直径约10千米。此次撞击留下的遗迹遍布全球，目前已确认了300多处K-Pg界线遗址。
K-Pg界线不仅标志着恐龙、翼龙、沧龙和菊石的灭绝，还标志着6,600万年前地球上3/4物种的大灭绝。由于小行星以每秒15.24千米的速度穿过大气层撞击地球，引发了11级以上的地震，比有历史记录以来最强的地震还要强烈100倍，这就直接导致了尤卡坦大陆架坍塌，并引发了200多米高的海啸，席卷墨西哥湾和加勒比海地区，冲击波将方圆1609千米范围内地面上的一切夷为平地。而其中的热脉冲则冲击了全球，热浪造成的野火毁灭了森林和植被。数万种植物灭绝，70%或更多的浮游生物在撞击事件发生后消失了。然而，尽管主要的陆生脊椎动物都遭受了巨大的物种损失，但它们还是存活了下来，这其中就包括爬行动物、两栖动物、鸟类以及哺乳动物。
为什么一些物种能够幸存，而另一些则不能？这是个宏大的科学问题。重要的线索来自幸存下来的生物的生活方式。鳄鱼和海龟的生存状况要比它们在陆地上生活的表亲恐龙好得多，恐龙已经彻底灭绝了。从整体来看，虽然并非所有的种类的蛇都幸免于难，但其中大多数也度过了危机。鸟类中幸存下来的看起来都是体型较小、将巢筑在山洞和地穴里的类型或是生活在海滨的那些。幸存的哺乳动物也是体型较小的，可能也是住在洞穴里的那些。较小体型或较慢的新陈代谢会减少对食物的需求，这在困难时期是一种优势。另外，体型较小使得繁殖速度加快，种群得以迅速恢复。
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残存的物种在世界上重新繁衍，这种景象被完全不同的多条证据链所证实。以鸟类为例，现存的鸟类大约有1万种，而化石记录也显示在白垩纪后期鸟类有5大族群，其中的4个族群完全灭绝了。所有现代的鸟类都源自幸存的这一族。所有现存种群都是在K-Pg大灭绝中幸存下来的几个谱系的后代，随后鸟类的进化很快就开始了，鸟类世界的几乎所有现代秩序都是在1,500万年内形成的。由此产生的鸟类进化模式就像一棵树，在大灭绝后所有的“枝杈”都是从一个共同的主干上分出来的。这种进化模式与其他动物的进化模式很相似。大撞击及其产生的后果所导致的这场大灭绝塑造了生命方向这一过程，就像按键了重启键，在仅有少数几个先前世界的留任者参与的情况下，重新开始了生命的游戏。统治陆地超过1亿年的大恐龙消失了，随后而来的世界以及它的居民看起来与之前完全不同。
如果没有小行星的撞击，统治地球长达1亿年的恐龙很可能仍然存在，因此灵长目动物就不可能出现，我们人类也就不会存在。胜利者和失败者之间的差别只是在于运气的好坏。小行星撞击引发的环境变化是任何生物都没有经历过的。没有生物在它们的进化历史里专门为在长达数年的地狱生活做好准备。恐龙的厄运在于那些让它们占据了统治地位的特征，比如巨大的体型，这些体型恰恰也是让它们变得脆弱的因素。一些哺乳动物的好运也是因为他们的一些特征，比如体型小和穴居，这些特征反而增加了它们存活下来的概率。当然，大多数哺乳动物也灭绝了。
如果没有小行星撞击地球，我们存在的概率就很低，但一颗足够大的小行星撞击地球的概率同样低。K-Pg小行星留下的希克苏鲁伯陨石坑的发现引发了科学家对其他小行星撞击事件的巨大兴趣。结果却发现在过去5亿年中，无论是地球还是月球，与地球经受了差不多同等次数的小行星撞击，都没有任何一次小行星撞击引发的地震震级能与希克苏鲁伯撞击事件相比。因此，要诱发一次大灭绝，小行星的体积很重要。由于只发现了这一次如此程度的撞击，我们只能说希克苏鲁伯撞击事件大概是5亿年甚至更长时间不遇的。
而且我们还发现，即便来的是一颗体积更大的小行星，撞击的地点同样重要。由于尤卡坦撞击地点附近的岩石富含碳氢化合物和硫磺，撞击产生了数量极其巨大的烟尘和能使阳光偏转的气溶胶。地质学家认定，只有1%~13%的地球表面存在这种能产生类似毁灭性混合材料的岩石。如此小的目标范围，同时地球又在以每小时1609千米的速度自转，如果这颗小行星早30分钟撞上地球，它就会落入大西洋，晚30分钟又会落入太平洋。无论过早30分钟还是过晚30分钟，恐龙都有可能继续生存，那么灵长目动物就不可能出现，我们人类也就不会存在。
从小行星撞击地球的那一刻起，地球已经带给栖息的生物无数次重击。地球变动频仍，曾经存在过的物种，99.9%都被淘汰出局了。一系列改变地球的事件已经在过去的6,600万年里呈现，有些相当缓慢，有些则非常迅速。其中任何一件事的发生方式都可能是随机而迥异的，它们何时会发生，或者根本不会发生，都会使生命的故事截然不同。事实上，在过去的百万年间，地球一直处于一种极其动荡不安的循环之中，与过去3亿年间出现的任何情况都不一样。但凡没有杀死我们的，都让我们变得更强大。这些巨变塑造了我们人类的特殊能力，让我们能够应对地球给予我们的各种重击。这就是为什么我们还存在，而我们的很多竞争者早已不存在的原因。我们确实生活在一个被偶然所统治并充满错误的世界里。
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白垩纪-古近纪更替之际被小行星撞击之后的岁月，无疑是地球历史中最糟糕的时光之一。但是，即使当时遭受过地球上最严重的撞击，在几十万年间，森林也重新恢复了，哺乳动物数量回升并不断进化出更新、更大的种群。此后的数百万年间，地球上的生命享受着自哺乳动物和鸟类出现以来最好的那部分时光。
地质学家将过去的6,600万年分成7个不同长度的时期，分别是古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世、更新世和全新世。不同世的界限通常以反映海洋和陆地生存环境转变的岩石的变化为标志。尽管有些界限划分以大量生物灭绝为标志，但其中任何一次的灭绝规模都无法与白垩纪-古近世更替之际发生的物种灭绝规模相提并论。相反，这些界限的划分一般更多表现为包括哺乳动物在内的特定植物和动物物种有限的变化，像是其中一些物种开始出现，一些逐渐消亡，或者一些物种在地球上的分布情况发生了变化。
比如，古新世和始新世的交替就以深海有孔虫的大量灭绝为标志。然而在陆地上，哺乳动物的生存范围却迅速扩张，最早的灵长目动物已分别在北美洲、亚洲和欧洲出现。而始新世和渐新世的更迭标志则是，欧洲部分地区超过80%的胎盘哺乳动物灭绝了，灵长目动物从北美洲消失。在上新世结束时，大量海洋动物灭绝，包括一些哺乳动物、海鸟、海龟和巨型鲨。在11,700年前更新世结束时，除了非洲以外，地球上其它地方绝大多数体重超过44千克的大型哺乳动物都灭绝了，这其中就包括差不多90个属，比如巨型地懒、骆驼、北美的剑齿虎，以及欧洲的长毛猛犸象和披毛犀等。
自19世纪以来，世的更替的很多模式已然揭晓。但一直存在的大问题是，这些物种间的更替究竟是生物物种随时间推移稳定的正常变化，还是由一些突发事件而导致的结果？产生这些更替的原因有很多，但必须找到确凿的证据证明这些突发事件与世的更替同时发生，而且它们又足以解释地球和生命的变化。直到最近，地质变化的速度还无法非常准确的确定，气候变化的幅度也是如此。但有一个关键的事实是清晰的：所有世的更替都以重大的、有时是突发的气候变化为标志。
气象记录揭示，在古新世和始新世交替时期，地球深海区水温和陆地气温分别升高了约5和5~8，而且持续了大约10万年。不要小看只升高5，这是全球平均温度。2万年前，如果地表温度下降5，北美洲、欧洲和亚洲的大部分地区就会被封存在数千米的冰层以下。在古新世，这种影响体现为对气候、植被、生物栖息地环境产生了巨大的地域性变化。随后三个世的更替都以地表温度的下降为标志。从始新世晚期到渐新世早期，相对较快地下降了4~6；从上新世到更新世早期，逐步下降了3；更新世和全新世更替之际出现了一个快速下降几摄氏度，随后又快速升高几摄氏度的过程。
今天的气候与早期的哺乳动物和后来的灵长目动物出现的气候有着根本性不同。从化学指标看，小行星撞击地球以后约1,500万年间，地球比现在更加温暖。5,100万至5,300万年前，地球平均地表温度为25~30，热带雨林的覆盖面积达到了地球历史上的最大值，亚热带丛林延伸到极地，从北极到南极，地球上几乎看不到冰。今天地球的平均温度约为14，两极均被冰雪覆盖，地球已经从始新世早期的“温室”变成了如今的“冰窟”。
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如果小行星不是这个变冷趋势的成因，那什么才是？科学家已经发现了两个关键线索。第一个线索是南极洲冰川形成的时间。4,000万年前，那时的南极洲是一派青翠的景象。然而在始新世后期，南极洲开始结冰封冻。到渐新世早期，南极洲完全被冰雪覆盖，并一直延续至今。南极洲的冰川形成是地球气候的一个巨大临界点，因为它将巨量的水变成了冰，从而降低了整个地球的海平面。
第二个线索来自二氧化碳的古气候记录。在温暖的始新世早期，二氧化碳的含量极高，达到了1400 ppm(现在只有415
ppm)。但在始新世后期，大气中的二氧化碳含量开始下降，后来在渐新世早期更是急剧降至600~700
ppm。二氧化碳含量的下降可以解释始新世和渐新世更替之际的主要降温过程和南极洲冰川形成的原因。
以上这些途径能够解释始新世后期二氧化碳的减少和沉积吗？那时有更茂密的森林、更广袤的海洋，或是更多的岩石在做这项工作吗？答案是，那时有更多的岩石。6,600万年前，印度板块所处的位置与现在差别很大，位于远离亚洲大陆超过4000千米的南半球，靠近马达加斯加。构造力以每年18~20厘米这一极快的速度推动该板块向北移动，直到它在4,000万年前与亚洲大陆相撞。地球化学的开创者沃利·布勒克将这一事件描述为“改变世界的碰撞”。那次缓慢而持续的碰撞逐渐形成了青藏高原和喜马拉雅山脉。从始新世后期开始，这些不断升高的山脉通过消耗大气中的二氧化碳，重新改变了地球的气候。
印度板块以更快的速度移动看起来仅仅是一次意外，一次地质事故。1.4亿年前，一个名为冈瓦纳的超级大陆分裂出多个板块，印度板块是其中最薄的一个，它比其他板块薄100千米。构造力推拉着印度板块，使它的每年移动距离比其他板块快15厘米。如果按照通常的速度，印度板块应该还没有撞到亚洲大陆，那么地球的气候当然也不会出现当时的那种改变，生命的故事也会截然不同。然而，印度板块的确撞上了欧亚大陆，于是地球发生了变化，而且一个以更具戏剧性的惊人方式继续改变。
在距今120万年至40万年，撒哈拉沙漠至少发生了16次重大的环境变化，陆地在湿地和干旱的草原之间来回变化。这种变化在过去的32万年间进一步加速。在这长达100万年的高度不稳定的气候条件下，原始人依旧能够坚守下来或至少是重新在这片区域定居下来。在距今50万年至32万年前，早期的人类开始制作更为精良的工具。他们拥有更强的认知能力，并且有着更复杂的社会行为。
人类进化的标志是，自接近冰川期的开端以来，原始人的大脑体积急剧扩大，变成了之前的大约3倍。古人类学家相信，在地球历史中这段非同寻常的变化时期和这种有着非同寻常的大脑——会制造工具、能够调整和创建自己的栖息地的动物的进化之间存在着因果关系。就这样，人类诞生于由很久之前的一次地质事故引发的罕见冰川期，并且经历过一场任何哺乳动物都曾遭遇的最不稳定、最不可预测的气候循环——一系列幸运的地质事件的锤炼。因此，无论怎么看，结论都是：我们出现在这个地球上纯属偶然。肖恩·卡罗尔将这样的偶然称为一个“被偶然统治的美丽错误”。在这其中，我看到了“偶然”创造出无限的可能性，而其中的“必然”则是无限可能性的呈现。
