2024 年 8月 27 日，北京大学地球与空间科学学院教授江大勇在科普中国说·贵州专场带来演讲《劫难之余，向海而生》。

作为智慧的人类，我们常常思考自身的存在，问自己关于我们的身份、起源以及未来的问题，考虑我们会经历何种变化。这些问题实际上蕴含着我们对生命本质的探求。

要了解生命的变化和本质，我们需要深入研究地球上的生命。其中，对古生物的研究起着至关重要的作用。因为古生物研究为我们提供了解生命变化和生命与环境关系以及重要时间框架，与更关注当今时段的所有生命现象和生命规律的现代生物学相比，古生物多了一个时间尺度，通过它们我们可以更全面地理解生命的历程：生物的演化过程并非简单的线性变化，也不是单一的螺旋线，其中既包括缓慢积累的过程，也有重大的突变。

从地球诞生开始看

地球诞生于46亿年前，而最早的生命出现于38亿年前，包括细菌和蓝藻等原始的单细胞原核生物。

经过十几亿年的演化，我们从原核生物逐渐演化真核生物，之后又演化出多细胞生物。在地球上发生了一次雪球事件之后，整个地球被冰雪包裹，然后，多细胞生命开始蓬勃发展。

大约5.3亿至5.2亿年前，寒武纪后生生物大爆发事件发生，在这一重大演化事件中，现在的所有高级分类单元都出现在地球上。

寒武纪之前被称为隐生宙，因为生命形式相对简单，化石记录较为稀少；而寒武纪和寒武纪之后则被称为显生宙，因为在寒武纪大爆发后，生命形式变得更加多样，包括产生了有硬体骨骼的生物，寒武纪及其后的时代的化石记录相对完整。

从寒武纪开始，古生代被认为是海洋无脊椎动物的时代。这些海洋无脊椎动物包括三叶虫、腕足、双壳动物以及四射珊瑚等，它们在古生代时期（距今5.2亿年至2.52亿年）繁盛无比。

也是从寒武纪开始，生命形式逐渐变得复杂，留下了大量化石，证明生命演化的速率逐渐加快。寒武纪时期，澄江动物群中出现了最原始的脊索动物，尽管古生代主要以海洋无脊椎动物为主。

随着时间的推移，脊椎动物逐渐发展。在泥盆纪时，鱼类成为主导，而在泥盆纪晚期，一些鱼类进化出了四肢并上岸，演化为两栖动物。植物也经历了演化，在更早的志留纪就登上了陆地，从最早的海洋藻类逐渐发展为陆地植物，使地球变成了绿色的环境。

到了石炭纪时，两栖动物演化为爬行动物，这类动物更为发达，拥有坚固的骨骼和更聪明的大脑。

到了二叠纪末期，发生了地球历史上最重大的生物大灭绝事件，然而，爬行动物却在大灭绝事件后的三叠纪迎来了大发展时期，最终成为中生代的主要统治者。

在中生代，恐龙统治着陆地，各种海生爬行动物，如鱼龙和蛇颈龙占据大洋，而翼龙和鸟类统治着天空。与此同时，哺乳动物的祖先也在中生代起源。白垩纪末期发生了一次大灭绝事件，而在大灭绝事件后，哺乳动物在新生代迎来了发展的机遇，最终演化为现代人类。

总体而言，生物演化并非线性变化，其复杂性可比作一棵树，每一个分支都代表一类生命形式。而化石记录的复杂性使得我们对生命演化的了解仍然有限。同时，地球的板块运动和环境的变化也在影响着生物演化的过程，要全面理解生物的演化，必须综合考虑环境、气候和地质等多个因素，这样才有可能使我们真正地理解生命的本质。

大灭绝：灾难和机会同在

在2.52亿年前的二叠纪末期，发生了一场生物大灭绝事件。据推测，这场灭绝事件可能是由西伯利亚大火山的爆发引起的。

这次大灭绝事件是地球历史上最重大的一次。在这次大灭绝事件中，大约有95%的海洋生物灭绝了。例如，寒武纪时期繁盛的三叶虫和古生代的四射珊瑚都彻底绝迹。同时，地球环境也经历了剧烈变化，包括高温、缺氧以及海水酸化等，这些变化导致了地球生态系统灾难性的崩溃。

这标志着地球进入了一个新的时代，即中生代。

中生代是爬行动物的时代，爬行动物空前繁盛，形成了著名的“恐龙时代”。恐龙是两足能够站立行走的爬行动物，成功统治了陆地。其能够适应陆地生活的原因是因为爬行动物会产羊膜卵，这使得胚胎和个体的发育过程不受外界水环境的限制，实现了卵的自主孵化。这一特性是爬行动物成为中生代地球主宰的基础和物质基础。

需要强调的是，灾难和机会同在。在这次大灭绝中，也有些生物获得了发展的机会。比如爬行动物就成功抵御了极端的高温，迎来了大发展的时期。

中生代的首个时期是三叠纪，接着是侏罗纪和白垩纪。

从三叠纪开始，生物在大灭绝后经历了复苏。在这个时期，爬行动物迎来了辐射发展时期，有些分支开始向海洋、陆地和空中进化。陆地上出现了恐龙，标志着爬行动物开始向内陆发展。在三叠纪早期，大约在二叠纪末期大灭绝事件后300万-400万年，最早的鱼龙就在海洋中出现了。在三叠纪晚期，一些爬行动物演化成了翼龙，向天空进化。在当时地球高温和缺氧等极端环境压力下，其中部分爬行动物向海洋发展，演化出了海生爬行动物。到了侏罗纪，一些披羽恐龙也长出了翅膀变成鸟飞上了天空——飞到天空中的爬行动物不止翼龙，还有现在的鸟类。

也就是说，这次大灭绝事件催生了爬行动物的多样性进化路径，包括海洋中的爬行动物、陆地上的恐龙和天空中的翼龙。在这种灾难性的环境变化中，爬行动物成功适应了不同的生态系统。

要适应海洋生活，陆地动物要面对哪些挑战？

爬行动物是真正的陆地动物，即使一些鳄鱼和龟类可以在水中生活，它们依然是陆地动物。

然而，作为陆地动物，爬行动物要如何适应海洋生活呢？举例来说，现今海洋中的爬行动物包括海龟，而哺乳动物则有海豚和鲸等。无论是龙还是哺乳动物都属于羊膜动物，是典型的陆地生物。虽然人类也憧憬着在蓝色的海洋中畅游，但实际上，如果没有装备，人在水中的逗留时间是非常有限的。

与陆地动物相比，海洋环境对任何陆地动物来说都是相当具有挑战性的。

首先，在海洋中，光线逐渐变得暗淡甚至黑暗，远不如陆地上明亮。这种光线变化会对生物的生活以及情绪产生影响，因为我们通常在明亮的阳光下感到更加愉悦。而且，在水下，呼吸方式也面临改变，如今我们必须在水面上呼吸空气，海洋中的龙、哺乳动物也是如此，它们也需要定期返回水面呼吸。此外，声音在水中传播的方式与在空气中有很大不同，这也是需要适应的一个方面。

其次，运动方式也会随着从陆地到海洋的转变而改变，因为在水中行走和在陆地上行走是完全不同的体验。同时在海洋中进食也面临挑战，比如在水中吃东西可能导致呛水的情况。

另外，繁殖方式的变化也是一个重要的挑战。海洋中的生物必须适应不同的繁殖方式。比如，鱼龙是典型的中生代海洋爬行动物，但是它们已经无法上陆产卵了；再比如，鱼龙和蛇颈龙等爬行动物很可能采用更适应水生环境的方式比如胎生，而非陆地上的卵生方式。虽然这些物种已经灭绝，但通过观察现代的生命现象，我们可以推测它们在海洋中的生活方式可能更适应于胎生。

总的来说，从陆地到海洋的过程，对于任何生物都是一次挑战，需要适应各种环境变化。

作者 | 江大勇北京大学地球与空间科学学院教授