第十三章 砰！
20世紀50年代之初，一位地質學家尤金·蘇梅克發現亞利桑那州的一個當時公認是地下蒸汽噴發導致的大坑中存在很多來自太空的硅石和磁鐵礦——這其實是一個隕石坑。他和妻子將研究思路轉向太空，開始在天文臺不斷觀察尋找地球軌道的小行星。他們發現外太空存在著數量巨大的小行星，對地球一直是一個潛在的危險源。
尋找小行星在19世紀初就開始流行起來，但當時由于沒有系統的記錄，到20世紀，已經分不清哪些小行星是新近發現的，哪些又是之前發現過的。其實這種統計工作的意義不大，即使我們確認了這些小行星的軌道，我們也無法預測它們什么時候會向地球沖過來。就像1991年發現的1991BA號小行星，與地球危險地擦肩而過。而我們對此是什么事也做不了的，甚至連對它們飛向地球的預測都還做不到。
正當蘇梅克對此進行深入的研究時，哥倫比亞大學另一位地質學家阿爾瓦雷斯正在研究博塔西昂峽谷中出現的、區分白堊紀和第三紀石灰巖的KT界限——一層淡紅色的黏土。他將這層黏土出現的時期和恐龍突然滅絕的時期聯系到了一起。而他的父親——獲得過諾貝爾物理學獎的老阿爾瓦雷斯，則將這層黏土與太空塵埃聯系到了一起。他們將這種黏土樣本送去化驗，發現其中的銥含量超出了通常水準300倍——這種元素在太空中的含量遠遠高于地球。因此可以確定這些黏土來自太空。經過仔細推敲，父子兩人得出結論，恐龍的滅絕是由于小行星撞擊地球導致的。
這一論斷，在當時的科學界也是不被認可的。因為已知的萊爾的“漸成論”對古生物學界的影響巨大，并且該父子兩人都不是古生物學家，因此他們的假設在當時完全不被接受，普遍認為的是銥元素是由于火山爆發形成的。
為了驗證自己的假設，阿爾瓦雷斯父子開始尋找證據。在經歷了艾奧瓦曼森大坑的一次失敗（曼森大坑出現的日期與恐龍滅絕的時代不相符）之后，他們終于在墨西哥尤卡坦半島的另一處大坑發現了當時撞擊的現場。更幸運的是，不久以后，科學家們又通過哈勃望遠鏡真正目睹了彗星撞擊木星的威力，科學家們終于開始承認阿爾瓦雷斯的假說。
第十四章 地下的烈火
1971年，一位年輕的地質學家邁克·沃里斯在內布拉斯加州東部偶然發現了一個奇特的化石床：由十幾頭犀牛、駱駝、烏龜等動物組成的墳墓。這些動物存在的時代為中世紀。它們被發現埋在了3米的火山灰地下，但奇怪的是，那個地方從未出現過火山。
后來對這些化石的研究發現，這些動物都是由于吸入過多腐蝕性粉末而患了“腓骨營養不良”，在痛苦的折磨中死去。而這些灰末又是怎么出現的呢？沃里斯將這些粉末寄給同事們進行化驗，發現它們來自1600公里以外黃石國家公園的一次規模龐大的火山爆發。
這時科學家們才開始重視起自己腳下的這片土地，開始研究地球的結構。很多研究者都試圖從地球表面鉆一個孔，直達地心，但都失敗了。最接近的鉆孔嘗試也許是蘇聯科學家們的科拉鉆孔，他們到達了12262米的深度。
由于無法直接地觀測到地球的內部結構，科學家們開始通過波的傳播間接地研究這個星球。奧爾德姆通過地震儀的觀測推測地球有一個地核；莫霍洛維契奇發現了地殼與地幔的界限；而后來里氏震級方法的出現讓科學家們可以將不同的地震進行程度上的比較和深入的研究。
研究發現，地震是相當普遍的，只不過因為震級太小沒有被察覺。最常見的地震往往出現在兩個板塊相接之處，因為板塊間的不穩定性，兩者的壓力往往是地震的來源。而兩次地震間隔的時間越長，積聚的壓力就越大，下一次爆發的嚴重程度就越高。
除此之外，還有一種跨板塊的地震的出現更加沒有規律。它并不發生在板塊相接處，而且由于震中很深，涉及的范圍很廣，此外由于目前還不清楚出現的原因而無法預測，因此這種地震更讓人擔憂。
現在我們知道，地質結構從外而內包括一個巖石外殼、一個熾熱的巖石地幔、一個液態的外核、以及一個密度很大的內核。有研究者猜測其中的液態外核是以某種形式轉動的，易產生地球的磁場。而對于地球的地殼是如何出現的，也包含了“漸成論”（地殼是漸漸形成的）和“始成論”（地球史之初形成）兩種學說。目前還沒有定論。總體來說，我們對地球的了解還知之甚少。
第十五章 美麗而危險
美國黃石地質公園是一處火山活動形成的、布滿著溫泉和蒸汽地貌的風景秀麗的勝地，也是科學家們研究地質學的最佳場所。20世紀60年代，美國地質勘測局的克里斯琴森疑惑地發現，在這座公園中，他無論如何也找不到一座火山。當看到公園全貌的照片時，他忽然意識到整個9000平方公里的公園本身就是一座巨大的火山熱點——這處絕美的風光地下，是危險而熾熱的巖漿。
火山的類型主要包括兩種。第一種是比較常見的，類似富士山的典型火山錐；而第二種是不造山的火山，但它們具有強大的破壞力，會一下子爆發，留下一個沉降式的大坑——黃石公園就屬于這一種。公園中有幾處超級熱柱，曾經爆發時噴出的毒氣可能對恐龍的滅絕造成了影響。這樣的熱柱一般都只存在于海底。而這一點只能表明黃石公園的地殼很薄，因此一旦爆發就是極為猛烈的。
黃石公園火山爆發的第一個嚴重后果就是鋪天蓋地的火山灰對莊稼和土壤的毀滅性打擊；此外，火山爆發對氣候也會產生極強的影響。上一次火山爆發以后出現了為時6年的“火山冬天”，人類的數量驟減到幾千人，幾乎滅絕。
在黃石公園，除了大規模火山爆發的潛在危險外，還包括熱液爆發、巖崩等規模較小，但沖擊也很強的危險。尤其在一個四季滿是游客的旅游勝地，對他們來說，來黃石公園就是要冒風險的。
但無論如何，生命力是頑強的，即使在這樣一個極端的環境下。一對生物學家布羅克夫婦在黃石公園的翡翠池中發現了世界上第一批極端微生物，它們生活在高溫、高酸的環境中。同時科學家們還發現這種微生物中的耐熱酶進行聚合酶鏈式反應，使基因的復制成為可能。
第十六章 孤獨的行星
從我們目前已知的情況看，茫茫宇宙中只有地球上存在生命；而整個地球上適合我們生存的地帶也少之又少，我們只能在陸地上生存，而且不能太高。到目前為止，從海洋到高山，已知生命的全部生存范圍只有28公里左右厚。
人類無法在水中生存，不僅無法呼吸，也無法忍受水中的壓力。因為相比于空氣，水要重很多。因此在水下越深的地方，壓力越強。除了類似裸潛這樣的極限運動，一般情況下，人們是無法在水下存活的。即使是裸潛，也需要一定的條件和技能才能保住性命，比如短時間接觸氣壓變化，使體內的氮來不及流入細胞；此外還需要逐步慢慢回到水面。到目前為止裸潛到達的最深位置只有72米。
除了無法生存在海下之外，人們生活工作如果長期接觸海水，也會出現像減壓病（彎腰病）之類的癥狀。這是由于在水壓之下，體內的氮進入了細胞組織，阻塞了血管，造成細胞失氧。這一疾病長期困擾著水下工作者們。著名的生理學家、古怪的霍爾丹父子就為此做出了巨大的貢獻。
即使狹窄，但我們在地球上還是找到了自己的立足之地。我們更應該慶幸的是我們生存在一個一切條件都恰好適合我們生存的地球上。總體來說，我們有四點值得感激的事情：首先就是與大小正合適的恒星相隔著遠近正合適的位置。看看稍微近一點的金星和稍微遠一點的火星我們就可以想象到，如果不是這個與太陽剛剛好的距離，我們的地球就會變成一個火熱的地域，或者冰冷的不毛之地；第二點是地球本身是一個適合生命居住的行星，最重要的一點其實要感激我們腳下翻騰的巖漿，噴射出大量的氣體，建立了保護我們避免受磁場侵害的大氣層；此外，地球還是太陽系唯一一個雙子星。月球作為一個很大的衛星，對地球保持著持久的引力，使它能夠以適合的速度和穩定的角度運轉，世界才有了四季更替，潮起潮落；最后，也是最重要的一點：我們出現在對于生命來說最恰當的時間里，地球正處于穩定期，有一定的困難，但從未出現過任何大災難。
最后，地球上很多元素對我們生命的出現和維持也是極為重要的，而它對我們的重要性往往與我們接觸到的地球表面的元素含量相關。但對一些微量元素和人造的化學元素，人類的耐受力就很弱。這似乎從反面證實了另一件事——不僅是我們選擇了地球的環境，也是環境塑造了我們需要的條件。我們是后于這個環境出現，并適應與它的。這就是生命。
第十七章 進入對流層
大氣對我們的保護作用是不言而明的。如果沒有大氣的話，地球會因為無法留住熱量而變得極度寒冷，同時也無法抵御強烈的宇宙射線，根本無法存在生命。
地球上的大氣并不很多，科學上認為大氣被分成：對流層、平流層、中間層和電離層四類。對流層里面包含著我們賴以生存的氧和熱量，是我們的保護傘；而由于臭氧層的吸收作用，再往上的平流層的溫度會有所上升，但極度缺氧；到了中間層，溫度又驟降90°，而在距離地面最遠的熱層，接受著太陽光直接的照射，溫度可達1000-1500攝氏度。好在那里由于大氣分子已經極度稀薄，幾乎不會相互碰撞傳遞熱量，否則我們的飛船在離開地球的瞬間就會被燒成灰燼。因此，只要我們稍稍離開地面，地球也是一個危險的地方。
這一點，我們無需去大氣層的邊緣就可以體會到。登山的極限運動員對此深有感觸，在海拔幾千米的高山上，生存不僅需要極大的意志力，長期居住的話也需要你之前很多代人的適應進化以獲得耐受的基因。
空氣感受起來雖然輕飄飄的，但其實蘊含著極大的質量和能量。只不過由于我們的身體在很大程度上也由液態構成，無法被外面的氣壓壓縮。但一旦空氣處于強烈的流動狀態，比如颶風——高空中的急流，和我們還不完全清楚原因的“晴空湍流”，我們就會真切地感受到它帶來的能量。
除了空氣之外，天空中的雷雨也蘊含著大量能量。閃電的形成也與空氣對流相關，雷雨云包含了上升氣流和下降氣流，并攜帶了正負電荷，在不斷摩擦中產生能量。
空氣的對流和海洋的對流過程是可以統一起來的。兩者都是因為不同區域存在密度、強度的差異，而產生流動的過程。對流對于生命的維系是極為關鍵的，它為我們提供了一個穩定的循環系統。兩者構成了季節變化、水源分布、甚至對空氣中二氧化碳的吸收和保存（即“長期碳循環”過程）起到了至關重要的作用。雖然近代開始以來人類開始打破這個循環，在空氣中排放出了過多的二氧化碳，使我們的生存環境變得越來越臟，但地球上海洋和森林強大的自我潔凈功能還是挽救了地球。只是地球的承受程度是有限度的，如果某天碳排放量達到了一個閾限——大自然的生物圈已經無法消化的程度，我們面臨的就只有自我毀滅的命運。
第十八章 浩瀚的海洋
在地球上，無論是周圍的環境，還是生命本身，很大一部分都是由水構成的。可以說，沒有水就沒有生命的存在。但水作為一種化學物質來看，又具有極為奇特的屬性。比如水到達冰點以后變成冰時體積會增大10%，就是說冰的密度小于水。我們要感謝這種不同尋常的特性，否則的話，海洋底部會布滿冰層，最終整個海洋也會凝固成一個巨大的冰塊；此外，構成水分子的氫原子不斷變換著結合氧原子，這使得水可以粘合成一個湖泊，甚至海洋，并且存在表面張力，但又不會過分黏合。
雖然地球中水無處不在，但很大一部分的水對我們來說是有毒的。海洋中的水是不能攝入的，因為里面的鹽分我們無法吸收代謝，反而會造成細胞脫水，腎臟負擔加重，失去生命。而除去海洋中的水，地球上只有3%的淡水資源，里面還有很大一部分以冰原的形式凝固在南北極。海洋看起來似乎離我們十分遙遠，但其實和我們的生命是極為相關的。不幸的是，我們對于海洋內部的理解還遠遠不夠。直到1872年，人們才開始對海洋進行了真正意義上的第一次探索，并創建了海洋學這一學科。
現代的海洋探索始于20世紀前葉，查爾斯·畢比和奧迪斯·巴頓設計了世界上第一個探海球。雖然設備極為簡陋，但兩人還是憑借這個容器成功下降到海下900米左右。遺憾的是，由于技術局限，海下能見度有限，兩人又沒有受過專業的訓練，所以他們的冒險對于海洋學的意義是不大的。后來，瑞士的皮卡爾父子設計了更為先進的探海艇“的里雅斯特號”，并成功潛到了海下11公里——這是人類第一次也是唯一一次達到了那樣的深度。由于當時大家的注意力都在太空探索，科研經費和項目很難落到對海洋探索上，因此，在很長一段時間，甚至直到現在，大家對海洋下的世界還知之甚少。
即使這樣，海洋學家們還是得到了幾項重大的發現，包括發現大群生活在海底以細菌為生的生物群，而大量的細菌竟是依靠硫化氫的化學合成作用吸收養分來生存；以及發現了能夠同時生活在極高和極寒溫度下的“阿爾文蟲”；最重要的是，還解釋了在這么長時間內海洋鹽分能維持穩定的因素——深海的噴氣孔充當了鹽分過濾器，把多余的鹽分收進了地殼中。
第十九章 生命的起源
地球在形成之初是一個極端不適合生存的環境。沒有空氣，溫差極大，還充滿有毒的硫酸，世界一片荒涼。生命是如何在這樣一個惡劣的環境中出現的呢。科學家們經過幾十年的努力，終于有了一個大致的猜測。
構成生命最重要的物質是蛋白質，而不同類型的蛋白質是由200-1000多個氨基酸以某一個特定的順序排列起來形成的。這從概率上講幾乎是不可能自發形成的。同時，光有蛋白質也還無法形成生命，我們還需要有復制功能的DNA，其他生命要素，以及將這些包裹起來的細胞膜。
化學家馬克斯·佩魯茨通過20年的研究，終于解決了這個難題。他假設，蛋白質現在表現出的這些特定的排列組合，其實是蛋白質形成之后，不斷慢慢適應演化而來的。大自然中只要條件合適，就會不斷出現自發的聚合過程。因此有理由假設，蛋白質是在最初形成之后，經過長期的選擇和聚合，變得越來越復雜。
如果要構成生命，需要的元素其實很簡單，只需要碳、氫、氧、氮等30多種元素混合，形成糖，酸和其他的基本化合物，這是生命出現的前提。但創造蛋白質（脫水縮合）的過程是需要條件的，理論上說，在原始海洋中，單核是很難聚合的。但它就這樣發生了，這一點到現在還是個謎。
此外，科學家們還發現，這些條件一旦具備，生命就迅速地出現了。這種出現的速度讓科學家們感到緊張，于是提出另一種可能性：早期生命可能來自外太空。這種學說一直被認為是極端的學說，直到帶著眾多氨基酸和復雜的糖的隕石在默奇森上空爆炸并滑落。這對于這種學說是一個天大的好消息，它證明宇宙是存在著豐富的有機化合物的。但這種“胚種說”依然沒有回答生命是如何產生的，僅僅把出現生命的地點推到了外太空。
無論如何，生命始于一塊化學物質的原始抽動，并開始繁殖，以最簡單的細菌形式生活了20億年；后來一些藍綠藻漸漸學會利用空氣中的氫，并排出氧，光合作用就這樣誕生了；之后又漸漸出現了疊層石——這是世界上第一個生態系統。后來的20億年里，依靠微弱而堅定的努力，空氣中的氧含量上升到了差不多現在的水平，淘汰了一批厭氧的細菌之后，為下一個更復雜的生命階段做好了準備。突然之間，產生了細胞器，線粒體支配著氧，釋放能量。真核細胞出現了。
第二十章 小生物的世界
在人類出現之前很久，細菌就已經遍布世界的各個角落了。直到現在，我們也無法回避細菌，它們存在于我們的周圍，我們的皮膚上，甚至內臟器官里。僅僅我們的消化系統就是100萬億細菌的寄主。我們的殺菌劑和抗生素是無法完全消滅細菌的——而且如果真的沒有了細菌，我們也無法生存。
大多數細菌對我們來說都是無害，甚至有益的。有的細菌處理廢料，凈化水源，肥沃土壤；有的細菌在我們的腸胃里消化食物，合成對人體有用的維生素，同時抵御外來細菌的進攻。當然，也會有很多細菌的侵入對人的生存是有害的(有的是因為某些本來在人體某處的細菌忽然去了不該去的器官中)。并且我們對抗生素的濫用似乎也在不斷培養出抵抗力更強的細菌。而它們唯一害怕的就是被稱為噬菌體的病毒。當然，后者對人類來說也是更加可怕的。
此外，細菌的繁殖能力很強，還能共享進化的遺傳信息，因此它們一旦突變出更有優勢的細菌，就會立刻大規模更新換代；同時，它們幾乎不可戰勝。很多細菌可以在極為惡劣的情境下生存。比如沸騰的巖漿邊，寒冷的深谷底，高濃度的硫酸里，甚至放射性核反應堆周圍——事實上，有些細菌就以高放射性的元素為食。現在認為生存能力最強的是可以在月球上生存兩年的鏈球菌。此外，地球深處還存在著無數吸收貴重金屬的細菌，它們對這些金屬，甚至石油天然氣的儲存起著無比重要的作用。而地球深處的細菌不像地表這些活躍的同伴，是比較懶惰的，往往幾百年也不會分裂一次，似乎處于長期休眠的狀態，但只要處于合適的條件，就會再次激活生命系統，開始繁殖。
隨著人們對細菌的了解越來越深入，對于生物的傳統分類——植物和動物，也開始受到質疑。R.H.魏泰克將生物重新劃分為：動物界、植物界、真菌界、原生生物界和原核生物界五類。但這個方案并沒有明確原生生物界的定義。卡爾·沃斯通過對細菌遺傳連貫性的研究發現了另一種未知的基本生命種類——缺少脂質和肽聚糖的原始細菌。之后他把生物進行重新劃分，分成23個“部”，它們存在于3大類下：細菌、原始細菌和真核細胞。雖然這一分類方式更加科學，但在當時并沒有受到大家的認可。最主要的原因是把人類和其他我們可見的復雜動植物都放在了一個細小的分支上——這大概是很難接受的。
第二十一章 生命在前進
化石的形成是極其不易的，需要具備幾個條件，包括生物死亡時恰好被埋在沉積物中，或在不接觸氧氣的情況下腐爛；同時要挺過地球不斷地擠壓、推動和折疊；最后還要在長眠幾千萬年后，被人發現和研究。因此，我們現在能夠看到的化石都是極其僥幸留下來的古生物的線索。此外，化石由于形成的特殊性，陸地生物很少會死在沉積物里，反而是有利于海洋生物的保存。所以這一對古生物時代的記錄方法是很不平衡的。因此，目前我們掌握的化石記錄中，海生生物是最多的，比如出現于寒武紀大爆發，輝煌于奧陶紀，滅絕于二疊紀時代的三葉蟲。
在19世紀，古生物學家對早期復雜生命形式的了解幾乎都來自于三葉蟲。它們對地球的支配時間很長，是恐龍出現時間的兩倍。而在這漫長的時間里，它們也極速繁殖，發展出了不同的種類。但令人不解的是，在此之前并沒有可見的生命形式，那么相對復雜又完全成型的三葉蟲是如何跳離緩慢進化的規律，突然出現的呢？
直到20世紀初，古生物學家沃爾科特在落基山脈發現了布爾吉斯頁巖，在那里靜靜躺著一批生命大爆發時代的化石，里面包含了那個年代眾多的生物特征。后來，劍橋大學的莫里斯對這批收藏品進行了系統的分類，發現了許多從未發現過的“新的物種”——當然，后來才發現(這些化石被更加嚴謹的科學家們用支序分類法進行重新分類)其中很多生物都是現在存在的動植物的始祖。
但是，這些動物究竟是怎么來的，怎么突然從無到有的，目前還是個謎。
第二十二章 多災多難的生命進程
縱觀整個地球生物進化史，我們可以發現，生命的生存欲望是極為強烈的，但除非有某些重大的威脅性事件發生，否則它們沒有多大想要改變的欲望和野心。就地衣來說，它們可以在環境惡劣的巖石上存活，它們的慣性極強，幾乎僅僅是為了想要存在而存在，沒有進化的欲望。
但需要承認，能有我們現在如此復雜的生命形式，其實是靠無數次簡單生命做出冒險的嘗試——比如海生生物離開了海洋，踏上危機四伏的陸地。這是一個不小的挑戰，需要長出新的骨骼支撐自己的身體；同時還要學會如何從空氣中直接攝取氧。它們不得不這樣做，因為當時大陸漸漸在合并，沿海的棲息地越來越小；同時海里還出現了一位恐怖的捕食者——鯊魚。
因此，植物開始在陸地中出現了，之后是螨蟲、潮蟲等細小的昆蟲。而當時空氣中含氧濃度是35%，十分利于動植物尺寸的增長，以至于后來出現了一米多長的節肢動物還有烏鴉般大的蜻蜓——順便一提，有些昆蟲在與天敵爭斗的過程中逐漸學會了飛行。
總體來說，從陸地開始有生命以來，一共出現了四大王朝統治大地，包括原始兩棲動物和爬行動物（如異齒龍）、原始哺乳類獸孔目爬行動物、恐龍王朝以及現在的哺乳動物時代。而每一次巨大的王朝轉變，背后巨大的推動力就是物種滅絕。似乎沒有什么物種能熬過漫長的時間，總會在某一次大災難下消失，為新物種鋪路。這對于它們來說是很殘忍的，但對于地球本身來說卻是不斷更新、清理多余物種、有活力的表現。
到現在為止，地球在奧陶紀、泥盆紀、二疊紀、三疊紀和白堊紀依次經歷了五次巨大的滅絕事件，其中規模最大的一次要數二疊紀滅絕，地球損失了多達96%的全部物種，但也為后面的恐龍出現清理了空間。我們還不清楚的是，這些滅絕發生的原因是什么。科學家們提出了眾多假設，比如太陽耀斑、氣候驟變、海平面變化、彗星撞擊等，但由于對物種完全消失解釋的困難性，以及目前我們掌握的化石還十分匱乏，這個問題還是個謎。
第二十三章 豐富多彩的生命
在生物學家卡爾·林奈發明了新的分類體系之前，科學家們對于新發現的物種經常會手忙腳亂。新的信息不僅要歸檔和整理，還需要與已知的信息進行比較。同時，過去的分類體系是十分隨意的，分類標準也往往令人大跌眼鏡。林奈對之前冗長的植物命名進行了簡化，保留了能說明其最顯著特點的部分。他按照生理特征進行分類，并使用雙名命名法，這一方法直到今天也在沿用。
他曾把動物界分為：哺乳動物、爬行動物、鳥類、魚類、昆蟲類和蠕蟲六類。但后來人們又發現許多動物無法列入上述任何一類，如蝦。這樣又發展出了軟體動物和甲殼動物類。直到1902年的一次會議上，不同動植物學家才開始接受統一的分類命名法則。但一直到現在，分類體系還很混亂，對于不同的門類區分，不同科學家有截然不同且大相徑庭的分類數字。
不僅分類的數目不一，我們對物種的叫法也沒能完全統一。導致不同地方的研究組往往對已經發現的物種做重復的命名，而同時，世界上還有97%的物種沒有被發現。總之，目前對于物種的發現，分類和命名還處于初步階段，而且困難重重。主要原因可能由于以下幾點：大多數未被發現的生物一般都很小，容易忽略，比如其實布滿我們周圍的螨蟲，或者土壤中無數的微生物；第二點可能是我們往往沒有在合適的地點尋找新物種，往往是在碰運氣；此外，這一方面的專門人才供不應求，要發現和記錄的事情實在太多了，而積極從事分類研究的人并不多；最后，世界實在是太大了，我們能想到的存在生命的地方，認為不存在生命的地方，似乎都存在著生命。
因此，或許我們永遠無法發現世界上的一切。但從另一個角度看，這似乎又讓我們永遠有所期待，永遠都被世界驚喜。
第二十四章 令人驚嘆的細胞
生命是從一個細胞開始的。從卵子受精的那一刻開始，細胞就開始分裂，加倍，為一個新生命的形成做好準備。從這開始，直到這個人死亡，體內的每個細胞都攜帶了他全部的基因密碼，并承擔了自己獨特的工作，鞠躬盡瘁。
生物化學家德迪夫認為，人類擁有幾百種不同的細胞，大小形態各異，并具有不同的功能；此外，不同細胞也具有不同的活力，比如皮膚細胞是死的，而內臟細胞幾乎時刻保持活躍狀態；同時，細胞的存活時間也各有所異，大腦細胞一般只能存活一個月，之后就由下一批新細胞進行更替；而肝臟細胞卻能存活幾年。
胡克是第一個對細胞進行描述的學者，這主要歸功于他高超的顯微鏡制作技術。不過隨后，這一光學技術立刻被荷蘭一位布料商列文虎克所制作的顯微鏡所打敗——正是他第一次觀測到了細菌的存在。一個半世紀之后，生物學家布朗才突破了顯微鏡技術的瓶頸，看到了細胞核。而直到19世紀60年代，路易·巴斯德才站在前人的肩膀上，提出了現代生物學的基礎——細胞學說。
人體內所有細胞的內部結構幾乎相同，包含了細胞膜、細胞核，以及類似脂質的細胞質組織。在這樣一個擁擠的空間里，無數的溶酶體、核糖體、蛋白質等物質時刻瘋狂地高速運行，不斷撞擊，井然有序地完成任務：攝取能量、清理廢物、與入侵者開戰等。同時，細胞之間通過激素來進行各個部位的信息傳遞。值得注意的是，細胞內的線粒體本是被細胞俘獲的細菌，經過幾億年的相互適應以后，線粒體在細胞中承擔著最為重要的職責：將營養和氧氣轉化為生物可以消費的能量形式——ATP。
第二十五章 達爾文的非凡見解
在22歲的時候，達爾文的命運即將因為一次沖動的環球旅行而發生巨大的變化。他被一艘海軍探測船“貝格爾號” 的船長菲茨羅伊選中，作為他旅途中的餐桌伙伴。他被選中很大程度上是因為達爾文當時剛剛獲得了神學學位。但在以后5年的航行中，當菲茨羅伊發現達爾文越來越激進的自由主義態度時，大為光火，并與他爭吵不斷。
對于達爾文來說，這次航行是他事業的起點；對于整個時代來說，它更是一個新時代的開端。雖然在考察期間，他沒有提出進化論的思想，卻在不同的地區搜集了眾多珍貴的化石標本，為他以后理論的提出提供證據；此外，他還發現一種新的海豚，并為珊瑚的成因提出了新的理論。
回到英格蘭后，當他偶然讀到馬爾薩斯的《人口論》時，他才開始形成進化論的觀點。但其實這個觀點在這之前很久就有了，同時后來也發現，在達爾文出海的那一年里，園藝師馬修在一本冷門書中提到了同樣的看法。但達爾文是第一個用20年的時間將這一假設構建成系統理論的人，并且他在1844年完成了一部巨著——就是后來引起軒然大波的《物種起源》。
由于當時的社會還浸潤在基督教的信仰中，他知道出版這部手稿的風險是極大的，于是將它塵封在抽屜中，似乎到死也不想發表。但10多年后，當他發現年輕的博物學家華萊士也提出了相似的自然選擇論時，他糾結許久，終于在自己小兒子感染猩紅熱去世后，在自己悲痛萬分的時刻，將自己和華萊士的觀點一起交給林奈學會，并出版了塵封已久的手稿，世界這才看到了《物種起源》。
人們好奇心的驅使，使這本書在商業上獲得了巨大成功。但由于當時支撐理論本身的化石證據實在太少了，在科學界并沒有引起太大的反響。這本書更重要的一個局限是，他無法解釋物種到底是怎么起源的，以及如何將上一代的優勢傳遞給下一代。其實這個問題，正在被同時代的一位修道院院士孟德爾和他院子里的豌豆解答著。他通過嚴密的科學實驗發現了基因的兩種特性——顯性的和隱性的。
達爾文和孟德爾理論的結合構成了20世紀生命科學的基礎，但兩人并沒有想到這一點。直到20世紀30年代，融合了這兩種觀點的“現代綜合系統學”應運而生，兩個人才終于得到了該有的贊譽。
第二十六章 生命的物質
所有人類的基因有99.9%的部分是相同的，就是這些讓我們都成為人類；而那似乎微不足道的0.1%就是賦予我們個性、讓每個人都不相同的基礎。總體來說，基因和基因組讓我們相似又獨特。我們的基因存在于細胞核內部的46條染色體中，里面包含著由脫氧核糖核酸構成的生存和維持生命的指令——DNA。人體中每個細胞核內都壓縮了近兩米長的DNA，它們沒有生命，卻有著生命最強烈的生存本能——不斷繁殖。
由于它本身呈現出強烈的化學惰性，在很長一點時間里，科學家們都沒有重視這個在當時還被稱為“核素”的物質，而且，僅僅由四個核苷酸構成的結構也未免過于簡單。當時科學界認為，遺傳的動力隱藏在細胞核外更加復雜的蛋白質中。
后來，研究終于發現，DNA其實是細胞的首領，它通過RNA這個“翻譯官”指導著蛋白質的工作。著名的基因研究者摩爾根對果蠅進行了長達六年的研究，終于成功地培育出新的突變個體（白色眼睛的果蠅），并證明了外在的屬性對應著特定的染色體，證實了染色體在遺傳中的作用。后來，科學家艾弗雷將細菌與不同的DNA混合，終于使這株細菌出現了具有感染性的突變。這些成果無疑是重要的，對于最終破解DNA的結構奠定了基礎。
DNA結構之謎最終由沃森和克里克兩人解開，但他們的成就也是基于所有之前研究者發現的基礎上，加上一點點偶然的機遇。此外，另一位女性研究者富蘭克林無疑做出了最大的貢獻。她用X射線晶體衍射獲得了DNA結構的圖像，但由于當時女性科學家處處受到排擠的局勢，她不愿意將自己的研究成果和其他人分享——對于沃森來說，這是脾氣古怪的表現。
現在我們知道，在基因進行復制的過程中，一般來說都是極為精準的，但在非常偶然的情況下，復制會發生錯誤，產生突變。而突變的結果可能產生更有適應性的基因，也可能出現更差的。經過數百代的傳遞和環境的淘汰，在某一地區的人形成了最適合當地環境的基因組，形成了現在人種的差異。
但到現在為止，我們對于基因的工作方式還知之甚少，因為實在是眼花繚亂。而從另一層面上講，無論是人類，老鼠還是香蕉，我們的生命形式追根到底都是相似的：從DNA到RNA的信息傳遞。
№27 第二十七章 冰河時代
1815年，位于印尼一個島嶼的一座火山坦博拉忽然劇烈爆發，并引發了大規模海嘯，使十萬人喪失了性命。這次火山爆發不僅給當地，也給整個世界的氣候帶來了影響：天氣寒冷，莊稼顆粒無收，一直到6月還有霜凍。對人類來說，這是十分艱苦的一年；但那時全球氣溫僅僅下降了不足一度。這足以說明，地球恒溫系統一旦有細微的變化，對人類來說都很難承受，更不用說循環出現的冰川期了。
人們對于冰川期的研究是從反常的地質現象開始的。當時，人們經常會發現北極的動植物尸骨出現在溫暖的歐洲大陸，著名地質學家赫頓是第一個將此現象與大規模冰川運動聯系在一起的人，但在當時沒有得到廣泛認可。后來，希姆帕爾創造了冰河時代這一術語，他當時的好朋友阿加西斯后來把他的觀點占為己有，并開始從事這一領域的研究（兩人后來成為死對頭）。
不幸的是，無論阿加西斯怎么四處宣傳，他的理論由于缺乏證據，同時很少有人見過真正的冰川，在當時也沒有被承認。就連當時德高望重的地質學家萊爾即使后來開始支持他的理論，也沒有明確表明立場。當然，這也是因為他的理論中有一個致命的弱點，阿加西斯無法解釋冰河時代出現的原因。
詹姆斯·克羅爾給出了一個答案。他認為冰川期的出現可能是由地球軌道的變化導致的。地球軌道經歷橢圓形到圓形再到橢圓形的周期性變化，由此引發了冰川的產生和消退。他的理論為人類了解地球做出了巨大貢獻。后來，米蘭科維契在這一理論背景下進行拓展，并對地球軌道變化進行了為期20年兢兢業業的計算，證實了冰川期與地球攝動的相關。除此之外，大陸分布等別的因素也需要一起考慮。但對這一點，我們還沒有完全地搞清楚。
現在我們依然處于一個冰川期，只不過不那么劇烈和嚴重。而造成當前冰川期的主要原因，科學家們猜想是由喜馬拉雅山（干擾氣流的暢通）和巴拿馬地峽（打亂洋流走向）的出現導致的。在此之前地球也無數次經歷過冰期，其中規模最大的一次被認為是覆冰紀，似乎整個地球都鎖在一層厚厚的冰蓋中。要不是地球內部的火山和巖漿爆發拯救了這種局面，我們人類是不會出現的。
無論如何，目前地球的狀況對人類來說是不容樂觀的。北極的冰蓋時刻不停地向下延伸，就算最強烈的地震也無法阻擋這一步伐。此外，認為“全球變暖可以在一定程度上抵消冰川期的到來”似乎是合情合理的，但其實正相反：氣候變暖，海洋水分蒸發更加強烈，降水更加充沛，導致北極的冰層源源不斷地生成。
第二十八章 神秘的兩足動物
對人類祖先的發現和研究幾乎一直都處于比較混亂的局面，很多重要的發現都處于偶然，或者在發現了之后很長一段時間都沒有被承認。
1887年，一位荷蘭醫生杜布瓦憑著直覺到蘇門答臘島尋找古人類化石。本來這一地區并不是尋找古人類遺跡的最佳場所，但令人驚奇的是，他在爪哇找到了一小塊珍貴的頭蓋骨化石，化石的主人并不是人類，大腦的尺寸大于所有類人猿，杜布瓦將這一物種命名為直立人。后來他又憑借發現的一條大腿骨而推測類人猿是直立行走的。此后南非研究者雷蒙德·達特又發現了另一個不同的類人種——非洲南方猿人；1924年，在中國的龍骨山，加拿大考古愛好者步達生又發現了新的化石人類型——北京人。
在這種發現新人種的浪潮中，隨著越來越多的化石被發現，似乎越來越多的人種動物被發現，并在相互爭吵的氛圍中不斷更換名稱。此后在豪威爾的簡化分類的建議下，古生物學經歷了一個短暫平靜的10年，之后又開始迎來另一輪研究熱潮。到目前為止，有文獻紀錄的人科動物超過了20種，但具體都是什么，不同文獻有各自的說法。
這種無法統一看法的局面主要是由于證據不足導致的，同時對于化石的發現往往時間和空間分布很不均勻，毫無規律可循。此外，化石研究顯示，越是接近不同人種動物的分界線，兩者的相似之處就會更明顯。因此，有時候要確定一個化石究竟屬于哪一類是很難確定的。
就現在我們了解的東西來說，我們人類的始祖是生活在熱帶雨林中、史前的黑猩猩。在大約700萬年前，它們中的一群勇敢者走出了森林，來到草原（還有一種說法是說因為氣候變冷，冰期來臨，森林衰減變成了草原），非洲南方古猿出現了。此后，他們形成了不同的分支，其中一個我們現在還無法確定的分支成功地存活下來，并開始直立行走，漸漸學會使用工具（智人），大腦的容量在200萬年的一段時間里突然變大，并出現了和語言相關的腦區——他們開始漸漸用智慧在世界中博取一席之地。
第二十九章 永不安分的類人猿
大約150萬年前，人科動物開始學會制作世界上第一個先進工具——阿舍利工具，其實就是一把淚珠狀的手斧。雖然這種工具幾乎沒有任何實際用處，而且十分沉重，但無論如何，這對于人類進化的長河中，都是一項巨大的成就。
但奇怪的是，這種工具似乎在不同地方有選擇性地出現。哈佛大學古生物學家莫維士畫了一條“莫氏曲線”，將使用阿舍利和不使用的地區區分開，結果發現，智人在這條線之外，包括東南亞、中國等地，都忽然丟棄了這一工具。這一點令人百思不得其解，到現在還沒有定論。此外，還有更令人驚奇的發現，在澳大利亞一個干涸已久的谷底，居然發現了一塊2.3萬年前的人類的化石，遠遠大于在此之前科學家們認為的人類在澳大利亞存在的時間，我們現在也無法解釋他們是如何穿越100多公里的水域，來到這片荒涼的陸地上的。
我們了解的東西還是太少了，很大一部分原因還是因為化石資源的匱乏。就目前來說，科學家認為古人類主要發生過兩次大規模遷移。第一次是200萬年前直立人走出非洲；第二次是10多萬年前，我們的祖先，新的智人從非洲平原向外遷移，并取代了其他的人種動物，或者用其他學者所認為的說法，與他們融合共存。
由于化石記錄給我們的證據實在太少了，人們開始轉向新的技術：線粒體DNA研究。1987年伯克利分校一個權威科學小組的研究發現，現代人類在過去的14萬年中生活在非洲，我們都是這群人的后代。這對于“多地區起源論”的支持者來說是一個不小的打擊。然而，在2001年初，對另一個古老人種動物——蒙戈人標本的DNA研究發現了與現代人不同的基因序列，這似乎又在否定1987年所得出的結論。
無論如何，古人類學在這種不斷矛盾的發現和理論創新中，慢慢發展著。
第三十章 一個星球，一次實驗
在過去的五萬年里，無論人類在哪里出現，那里的動物都會變得脆弱，容易滅絕。無論是在一兩萬年前的美洲大陸，手持尖矛的現代人類讓30種大型動物遭受滅頂之災；還是在17世紀的近代，人們為了娛樂而在毛里求斯殘忍地捕殺了最后一批渡渡鳥（從人類開始出現在它們的世界，到它們徹底滅絕，僅僅過了70年的時間）。另外，很多動物滅絕的時間和情況也被我們粗心大意地忽略了。
澳大利亞的研究者弗蘭克里和斯克頓發現，動物的滅絕除了人類的殘忍殺戮之外，還有一些是因為十分荒唐的原因——比如，一個叫做斯蒂芬斯的孤島上，一種古怪稀有的小鳥就因為人類帶來的一只家貓而滅絕了。此外，在滅絕物種這件事上，狂熱的動物標本收藏家的貢獻是巨大的。一位富裕的銀行家一生都在派人到各地帶回動物標本。僅僅在夏威夷島，由他導致滅絕的鳥類就不下9種。
這種滅絕的行為直到現在，在世界各地都在發生著。只要人類對某種生物產生興趣，它們就岌岌可危。人類在整個宇宙的歷史長河中，僅僅出現了短暫的一瞬，但卻有幸成為了這個星球上唯一可以感受、欣賞，并有能力改變周圍環境的生物。但我們在被賦予這項特權的同時，也需要了解，我們只有一個星球，我們有能力讓它變得更好，而不是更糟。
正如愛德華·威爾遜在書中所說的：一個星球，一次實驗。
本文摘自:比爾·布萊森《萬物簡史》卡片作者:April
