2024 年 8月 27 日，北京大學地球與空間科學學院教授江大勇在科普中國說·貴州專場帶來演講《劫難之余，向海而生》。
作為智慧的人類，我們常常思考自身的存在，問自己關于我們的身份、起源以及未來的問題，考慮我們會經歷何種變化。這些問題實際上蘊含著我們對生命本質的探求。
要了解生命的變化和本質，我們需要深入研究地球上的生命。其中，對古生物的研究起著至關重要的作用。因為古生物研究為我們提供了解生命變化和生命與環境關系以及重要時間框架，與更關注當今時段的所有生命現象和生命規律的現代生物學相比，古生物多了一個時間尺度，通過它們我們可以更全面地理解生命的歷程：生物的演化過程并非簡單的線性變化，也不是單一的螺旋線，其中既包括緩慢積累的過程，也有重大的突變。
從地球誕生開始看
地球誕生于46億年前，而最早的生命出現于38億年前，包括細菌和藍藻等原始的單細胞原核生物。
經過十幾億年的演化，我們從原核生物逐漸演化真核生物，之后又演化出多細胞生物。在地球上發生了一次雪球事件之后，整個地球被冰雪包裹，然后，多細胞生命開始蓬勃發展。
大約5.3億至5.2億年前，寒武紀后生生物大爆發事件發生，在這一重大演化事件中，現在的所有高級分類單元都出現在地球上。
寒武紀之前被稱為隱生宙，因為生命形式相對簡單，化石記錄較為稀少；而寒武紀和寒武紀之后則被稱為顯生宙，因為在寒武紀大爆發后，生命形式變得更加多樣，包括產生了有硬體骨骼的生物，寒武紀及其后的時代的化石記錄相對完整。
從寒武紀開始，古生代被認為是海洋無脊椎動物的時代。這些海洋無脊椎動物包括三葉蟲、腕足、雙殼動物以及四射珊瑚等，它們在古生代時期（距今5.2億年至2.52億年）繁盛無比。
也是從寒武紀開始，生命形式逐漸變得復雜，留下了大量化石，證明生命演化的速率逐漸加快。寒武紀時期，澄江動物群中出現了最原始的脊索動物，盡管古生代主要以海洋無脊椎動物為主。
隨著時間的推移，脊椎動物逐漸發展。在泥盆紀時，魚類成為主導，而在泥盆紀晚期，一些魚類進化出了四肢并上岸，演化為兩棲動物。植物也經歷了演化，在更早的志留紀就登上了陸地，從最早的海洋藻類逐漸發展為陸地植物，使地球變成了綠色的環境。
到了石炭紀時，兩棲動物演化為爬行動物，這類動物更為發達，擁有堅固的骨骼和更聰明的大腦。
到了二疊紀末期，發生了地球歷史上最重大的生物大滅絕事件，然而，爬行動物卻在大滅絕事件后的三疊紀迎來了大發展時期，最終成為中生代的主要統治者。
在中生代，恐龍統治著陸地，各種海生爬行動物，如魚龍和蛇頸龍占據大洋，而翼龍和鳥類統治著天空。與此同時，哺乳動物的祖先也在中生代起源。白堊紀末期發生了一次大滅絕事件，而在大滅絕事件后，哺乳動物在新生代迎來了發展的機遇，最終演化為現代人類。
總體而言，生物演化并非線性變化，其復雜性可比作一棵樹，每一個分支都代表一類生命形式。而化石記錄的復雜性使得我們對生命演化的了解仍然有限。同時，地球的板塊運動和環境的變化也在影響著生物演化的過程，要全面理解生物的演化，必須綜合考慮環境、氣候和地質等多個因素，這樣才有可能使我們真正地理解生命的本質。
大滅絕：災難和機會同在
在2.52億年前的二疊紀末期，發生了一場生物大滅絕事件。據推測，這場滅絕事件可能是由西伯利亞大火山的爆發引起的。
這次大滅絕事件是地球歷史上最重大的一次。在這次大滅絕事件中，大約有95%的海洋生物滅絕了。例如，寒武紀時期繁盛的三葉蟲和古生代的四射珊瑚都徹底絕跡。同時，地球環境也經歷了劇烈變化，包括高溫、缺氧以及海水酸化等，這些變化導致了地球生態系統災難性的崩潰。
這標志著地球進入了一個新的時代，即中生代。
中生代是爬行動物的時代，爬行動物空前繁盛，形成了著名的“恐龍時代”。恐龍是兩足能夠站立行走的爬行動物，成功統治了陸地。其能夠適應陸地生活的原因是因為爬行動物會產羊膜卵，這使得胚胎和個體的發育過程不受外界水環境的限制，實現了卵的自主孵化。這一特性是爬行動物成為中生代地球主宰的基礎和物質基礎。
需要強調的是，災難和機會同在。在這次大滅絕中，也有些生物獲得了發展的機會。比如爬行動物就成功抵御了極端的高溫，迎來了大發展的時期。
中生代的首個時期是三疊紀，接著是侏羅紀和白堊紀。
從三疊紀開始，生物在大滅絕后經歷了復蘇。在這個時期，爬行動物迎來了輻射發展時期，有些分支開始向海洋、陸地和空中進化。陸地上出現了恐龍，標志著爬行動物開始向內陸發展。在三疊紀早期，大約在二疊紀末期大滅絕事件后300萬-400萬年，最早的魚龍就在海洋中出現了。在三疊紀晚期，一些爬行動物演化成了翼龍，向天空進化。在當時地球高溫和缺氧等極端環境壓力下，其中部分爬行動物向海洋發展，演化出了海生爬行動物。到了侏羅紀，一些披羽恐龍也長出了翅膀變成鳥飛上了天空——飛到天空中的爬行動物不止翼龍，還有現在的鳥類。
也就是說，這次大滅絕事件催生了爬行動物的多樣性進化路徑，包括海洋中的爬行動物、陸地上的恐龍和天空中的翼龍。在這種災難性的環境變化中，爬行動物成功適應了不同的生態系統。
要適應海洋生活，陸地動物要面對哪些挑戰？
爬行動物是真正的陸地動物，即使一些鱷魚和龜類可以在水中生活，它們依然是陸地動物。
然而，作為陸地動物，爬行動物要如何適應海洋生活呢？舉例來說，現今海洋中的爬行動物包括海龜，而哺乳動物則有海豚和鯨等。無論是龍還是哺乳動物都屬于羊膜動物，是典型的陸地生物。雖然人類也憧憬著在藍色的海洋中暢游，但實際上，如果沒有裝備，人在水中的逗留時間是非常有限的。
與陸地動物相比，海洋環境對任何陸地動物來說都是相當具有挑戰性的。
首先，在海洋中，光線逐漸變得暗淡甚至黑暗，遠不如陸地上明亮。這種光線變化會對生物的生活以及情緒產生影響，因為我們通常在明亮的陽光下感到更加愉悅。而且，在水下，呼吸方式也面臨改變，如今我們必須在水面上呼吸空氣，海洋中的龍、哺乳動物也是如此，它們也需要定期返回水面呼吸。此外，聲音在水中傳播的方式與在空氣中有很大不同，這也是需要適應的一個方面。
其次，運動方式也會隨著從陸地到海洋的轉變而改變，因為在水中行走和在陸地上行走是完全不同的體驗。同時在海洋中進食也面臨挑戰，比如在水中吃東西可能導致嗆水的情況。
另外，繁殖方式的變化也是一個重要的挑戰。海洋中的生物必須適應不同的繁殖方式。比如，魚龍是典型的中生代海洋爬行動物，但是它們已經無法上陸產卵了；再比如，魚龍和蛇頸龍等爬行動物很可能采用更適應水生環境的方式比如胎生，而非陸地上的卵生方式。雖然這些物種已經滅絕，但通過觀察現代的生命現象，我們可以推測它們在海洋中的生活方式可能更適應于胎生。
總的來說，從陸地到海洋的過程，對于任何生物都是一次挑戰，需要適應各種環境變化。
作者 | 江大勇北京大學地球與空間科學學院教授
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