第一章万物之理.3

这种海底温泉多在海洋地壳扩张的中心区，即在大洋中脊及其断裂谷中。仅在东太平洋海隆一个长6公里、宽0.5公里的断裂谷地，就发现十多个温泉口。在大西洋、印度洋和红海都发现了这样的海底温泉。初步估算，这些海底温泉，每年注入海洋的热水，相当于世界河流水量的三分之一。它抛在海底的矿物，每年达十几万吨。在陆地矿产接近枯竭的时候，这一新发现的价值之重大，就不言而喻了。

岩石生蛋

三都水族自治县，地处云贵高原苗岭山脉，属亚热带季风气候区，森林覆盖面积达44%，县府三和镇依山傍水，海拔450多米。

这是岩石生蛋最壮观的地方，大大小小的几十个等待降生的石蛋布满了悬岩。就像一排母鸡按先后顺序生蛋一样，有的只露出一丁点“蛋头”，有的已露出一半，有的已挤出岩石就要降生大地。“生下”的石蛋沿着悬岩依次排列，大小不等，估计最轻者有几十千克。石蛋为青赤色，表面有如原木断面般的纹路，纹理清晰。

对于岩石生蛋这一奇观，地质学家们考察后作出了不同的分析。

香港大学地质系陈龙生先生认为，因此处山岩处在“下泥盆纪”地质层上，它的形成已有四、五亿年，在岩石最初形成和此后的挤压中，由于原始成分的差异和形状的不同，在地质运动中逐渐形成。

又有的地质学家分析认为，这一现象可能是沉积礴石透镜状的岩石，由于与周围岩石不同，经过亿年的沧桑风雨，它们相继脱离原岩石而产生。

还有的地质学家与生物学家通过石蛋外表木纹分析认为，可能是由于岩石中含矿物质的差异在地壳中受地热形成一种结晶体，在地热运动中逐渐脱离原岩石。

生物学家在现场观察后指出，三都县的石蛋更多象恐龙蛋，但经化验并没有恐龙基因。他们的分析均有道理，但不管怎么说，这有规律的、按秩序的在悬崖峭壁间定时生石蛋的奇观着实让人着迷。

十二、向原子内部进军

十二、向原子内部进军

19世纪的三大自然发现，即达尔文生物进化论（1859）、能量守恒和转化定律，以及统一的电磁场理论，分别揭示了生命现象和物理现象的内在统一性，使人类对自然的认识和控制达到一个新的高峰。同时，就动力和生产工具而言，继蒸汽时代之后，人类又迎来了一个电力时代。正当人们惊叹于经典物理学的伟大成就，认为它已经穷尽万物之理，即将大功告成之际，科学进步的巨轮却已行进到又一个峰回路转的时刻：随之而来的X射线、天然放射性和电子的发现，打破了原子不可分的藩篱，将人类对自然的认识迅速推进到原子层次。科学家开始叩击原子的坚壳。原子大门的打开，足以使人类拥有无可置疑的力量迎接21世纪的挑战。

发现X光

1894年，实验物理学家勒纳德在放电管的玻璃壁上开了一个薄铝窗，成功地使阴极射线射出管外。

1895年，物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X光。X光的发现，不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。

发现放射性

在对X光的研究中，物理学家贝克勒尔发现只要有铀元素存在，就有贯穿辐射产生，由此证明，发射这种射线是铀原子自身的作用。放射性的发现，引起人们对原子核内部的研究的深入。学入原子内部和"分裂原子"从此，成为世纪之交时期科学领域中最振奋人心的口号。1903年，贝克勒尔与皮埃·居里和居里夫人因发现放射线荣获诺贝尔物理学奖。

更强的放射性元素

1898年，物理学家居里夫人在寻找比铀的放射性更强的物质的过程中，先发现了一种新的放射性元素，为纪念她的祖国波兰，她将其名命为"钋"。居里夫妇又花了4年时间，发现了镭，并在极端艰苦的条件下，从几吨沥清铀矿渣中分离出0.12克纯氯化镭后又终于，测出其原子量为225，其发出的射线比铀强200多万倍。这项重要工作，使她获1911年诺贝尔化学奖。

元素嬗变

1902年，物理学家卢瑟福与化学家索迪合作在对铀、镭、钍等元素的放射性研究中，提出了放射性元素的嬗变理论：放射性原子是不稳定的，它们自发性地放射出射线和能量，而自身衰变成另一种放射性原子，直至成为一种稳定的原子为止。这一理论轻而易举地解释了放射性元素为什么会放出巨大能量，并提出了"原子能"的概念。导致了对原子内部的新的认识。卢瑟福因此，获1908年诺贝尔化学奖。以后，卢瑟福和索迪等人进一步研究放射性元素递次变化（即衰变谱系）的线索，发现镭是由铀衰变而成的，铀的半衰期大约是几百万年，镭的半衰期是1千多年，随后经历了半衰期都很短的三个阶段，又变成了半衰期较长的放射钋，最后变为稳定元素铅。索迪因此及对同位素起源和性质研究获1921年诺贝尔化学奖。

元素嬗变理论打破了自古希腊以来人们相信的原子永远是不生不灭的传统观念，而认为一种元素的原子可以变成另一种元素的原子。开始，连卢瑟福本人也感到犹豫，因为这太像早已被化学家否定了的炼金术。

发现α射线

卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型：一种是极易吸收的，他称之为α射线；另一种有效强的穿透能力，他称之为β射线。后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。由于组成α射线的α粒子带有巨大能量和动量，就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构的有力工具。

卢瑟福用镭发射的α粒子作“炮弹”，用“闪烁法”观察被轰击的粒子的情况。1919年，终于观察到氮原子核俘获一个α粒子后放出一个氢核，同时变成了另一种原子核的结果，这个新生的原子核后来被证实为是氧17原子核。这是人类历史上第一次实现原子核的人工嬗变，使古代炼金术士梦寐以求的把一种元素变成另一种元素的空想有可能成为现实。当时卢瑟福写了一本书就取名为《新炼金术》。

发现电子

电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的，而且是比原子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一。汤姆逊认定这种粒子必定是“建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成部分。

期间，物理学家佩兰利用当时刚问世的借助于散射光，分辨率比普通显微镜高20倍的超显微镜开展了一系列检验布朗运动理论的实验，于1909年发表了《布朗运动和分子实在性》的论文，引起强烈的反响，佩兰1926年获物理奖。至此，各国科学家一致认为，分子和原子的实在性已没有怀疑的余地了。正如爱因斯坦所说的那样“分子和原子是否存在的问题是他在大学时代关心和讨论的一个重大问题，而今天再也没有物理学家为这个问题而操心了”。

分子和原子论的确立

分子和原子论的确立经历了18、19两个世纪，产生过激烈争论。玻耳兹曼不仅从哲学上和方法论上，而且例举了气体分子运动论的最新实验证据，坚信原子论学说。1890年，他就声言："理论的任务在于构造外在世界的图像，这种图像只存在于我们的头脑之中，用以指导我们的一切思想和一切实验。""理论研究愈抽象，也就会愈有力。"但当时，反对者的力量很强大，他几乎孤立无援，1898年他在自已编写的《气体理论讲义》第二卷序言中伤感而愤慨地宣告："我意识到，单凭个人孤军奋战，不足以抗击时代的潮流"，"如果气体理论由于一时对它的敌视态度而暂被遗忘，科学将出现大灾难，（光的）波动论由于受到牛顿权威的影响（而一度被遣忘）就是先例"。长期以来对当时科学思想界状况的那种愤世嫉俗的情绪使他非常抑郁，成为他自杀的重要原因。普朗克在他的《科学自传》中回顾了原子论确立的斗争历史后，很有感慨地说："科学的重大革新很少通过说服反对者并使他们转变立场来实现，索耳是难以变成保耳的。事实上倒是，反对者逐渐死去，新生的一代一开始就熟悉新思想"。

离经叛道提出能量子概念

人们知道：当物体受热，温度不太高时，只能发射出人眼看不见的热射线，被称为红外线；温度升到一定高度，就会发出红光，即物体变红；温度继续升高时，物体会发亮，发出强烈的白光，即发出了大量波长比红光更短的光；温度更高，就会发出大量蓝光。在对这个现象做精密的实验观测和理论研究中，物理学家普朗克1900年提出了一个大胆假说：物体在产生和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量值整数倍跳跃式地变化的。也就是说，在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一最小的单元。这个不可分的能量单元，普朗克称它为“能量子”或“量子”，即普朗克常数。这一大胆的理论长期以来得不到承认。普朗克直到1918年才获诺贝尔物理学奖。

能量的变化竟然是不连续的，这不仅对古典物理理论是离经叛道的，而且也为常识所不容。量子论的出现，物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理论性的量子假说。在当时的环境下，就连普朗克本人也对自己的冒昧行动惴惴不安，甚至一有机会就想倒退到古典立场。用他的话说，这“完全是一种孤注一掷的行动”，“由于当时考虑到这个问题对于物理具有根本的重要性”，“必须不惜任何代价去找出理论解释。”

十三、海洋——未来的粮仓

十三、海洋——未来的粮仓

有些读者可能会想，在海洋中不能长粮食，怎么能成为未来的粮仓呢？

是的，海洋里不能种水稻和小麦，但是，海洋中的鱼和贝类却能够为人类提供滋味鲜美、营养丰富的蛋白食物。

大家知道，蛋白质是构成生物体的最重要的物质，它是生命的基础。现在人类消耗的蛋白质中，由海洋提供的不过5％～10％。令人焦虑的是，20世纪70年代以来，海洋捕鱼量一直徘徊不前，有不少品种已经呈现枯竭现象。用一句民间的话来说，现在人类把黄鱼的孙子都吃得差不多了。要使海洋成为名副其实的粮仓，鱼鲜产量至少要比现在增加十倍才行。美国某海洋饲养场的实验表明，大幅度地提高鱼产量是完全可能的。

在自然界中，存在着数不清的食物链。在海洋中，有了海藻就有贝类，有了贝类就有小鱼乃至大鱼……海洋的总面积比陆地要大一倍多，世界上屈指可数的渔场，大抵都在近海。这是因为，藻生长需要阳光和硅、磷等化合物，这些条件只有接近陆地的近海才具备。海洋调查表明，在1000米以下的深海水中，硅、磷等含量十分丰富，只是它们浮不到温暖的表面层。因此，只有少数范围不大的海域，那儿由于自然力的作用，深海水自动上升到表面层，从而使这些海域海藻丛生，鱼群密集，成为不可多得的渔场。

海洋学家们从这些海域受到了启发，他们利用回升流的原理，在那些光照强烈的海区，用人工方法把深海水抽到表面层，而后在那儿培植海藻，再用海藻饲养贝类，并把加工后的贝类饲养龙虾。令人惊喜的是这一系列试验都取得了成功。

有关专家乐观地指出，海洋粮仓的潜力是很大的。目前，产量最高的陆地农作物每公顷的年产量折合成蛋白质计算，只有0.71吨。而科学试验同样面积的海水饲养产量最高可达27.8吨，具有商业竞争能力的产量也有16.7吨。

当然，从科学实验到实际生产将会面临许许多多困难。其中最主要的是从1000米以下的深海中抽水需要相当数量的电力。这么庞大的电力从何而来？显然，在当今条件下，这些能源需要量还无法满足。

不过，科学家们还是找至了窍门：他们准备利用热带和亚热带海域表面层和深海的水温差来发电。这就是所谓的海水温差发电。这就是说，设计的海洋饲养场将和海水温差发电站联合在一起。

据有关科学家计算，由于热带和亚热带海域光照强烈，在这一海区，可供发电的温水多达6250万亿立方米。如果人们每次用1％的温水发电，再抽同样数量的深海水用于冷却，将这一电力用于饲养，每年可得各类海鲜7.5亿吨。它相当于20世纪70年代中期人类消耗的鱼、肉总量的4倍。

通过这些简单的计算，不难看出，海洋成为人类未来的粮仓，是完全可行的。

海水淡化路不远

海水是地球上数量最大的资源，是取之不尽、用之不竭的水资源，开发利用海水谈化技术，不仅是现代海洋开发的一项重要任务，而且也是未来开发新的水源，解决全球性水资源危机的重要途径之一。

联合国第一次环境与发展大会指出，“石油危机之后，下一个危机便是水”。1992年，一些专家指出，到21世纪，在水、粮食和能源这三种资源中，最重要的是水。目前，地球表面人类可利用的淡水资源只占全球水资源总量的0.26%，预计到2025年，全世界将有30亿人缺水，缺水所波及的国家和地区将达40多个。海水淡化是真正增加陆地淡水资源的唯一途径，海水淡化已经越来越为世界各沿海国家所重视，美、英、法、日等十几个国家都开展了海水淡化技术的研究。

据国家海洋局天津水淡化与综合利用研究所高级工程师阮国岭介绍，我国是淡水资源紧缺的国家之一，近年来，由于人口的大量增长经济的快速发展，我国不少地区缺水形势日益严峻。尤其是部分经济发达、人口密集、在国民经济中占有举足轻重地位的沿海地区，人均水资源量都低于500立方米，因此，发展海水替代淡水，对解决城市水资源紧缺意义重大。天津大学王世昌教授认为，发展海水淡化产业，向海洋要淡水是世界各国的共同趋势。解决淡水紧缺的途径有多种多样，除了传统意义上的节水、调水和蓄水外，海水淡化也是有效的措施之一。海水淡化是实现水资源利用的开源技术，也是世界各国竞相开发的朝阳产业。目前，世界上通过海水谈化每天日产水量已达到2300万吨，并以10%到30%的年增长率攀升，世界海水淡化市场年成交额已达数十亿美元。发展海水淡化产业化不仅有助于缓解我国的淡水危机，而且我国的海水淡化技术和产品还有可能参与国际市场竞争，为国创汇。

由于国内建设一个日产万吨的海水淡化工厂，需要投资1.7亿元，产水成本每吨7元，而其中电价成本接近6元，因此，目前我国的海水淡化应用还只是在西沙、南沙、长山岛等严重缺水的海岛开展。为尽快实现海水淡化产业化，国家正着手支持“海水资源利用技术产业化示范工程项目”建设，海水淡化和海水直接利用被中国政府列为重点发展的海洋新兴产业。日产千吨的反渗透海水淡化工程已在山东长岛的浙江嵊泗启动，下一步，我国将设计万吨级海水淡化工程。

实践证明，利用现代科学技术进行海水淡化，确实是解决沿海城市和海岛淡水资源缺乏的有效途径。海水淡化后得到的饮用水不仅水质符合国家标准，而且比我国某些大城市的自来水水质要好。对海岛来说海水淡化的成本只是从大陆运水成本的五分之一。随着经济的高速发展和人口的增长，社会对淡水的需求也将与日俱增，尤其是沿海经济发达地区的供需矛盾将更为突出。沿海地区超采地下水，形成的地下漏斗，容易造成房屋倾斜，海水倒灌等环境危害。相比于开采地下水或建引水工程，海水淡化可谓是非常符合环保要求的，解决居民饮水问题的明智选择。

海水淡化是需要先进的技术支持，海水淡化中广泛使用的电渗析和反渗透及纳滤淡化海水等核心技术都要靠一张膜来完成，这种液体分离膜是由高分子材料制成。在通常情况下，海水中的盐类是以离子形式存在的，钠带正电为正离子，氯带负电子为负离子。海水中正负离子所带电荷总量相等，所以海水不显电性。海水在通电的情况下，正离子受负极吸引向负极移动，负离子受正极吸引向正极移动。海水淡化的工作原理是，利用了海水中的离子在直流电场作用下可以定向迁移的现象，借助具有选择透过性的离子交换膜，使海水得到分离。这样，如果把在两个电极之间用交替排列着的阴、阳离子交换膜分成许多室时，淡水和被浓缩的海水就会间隔地被分开，把淡化室中的水分别汇集起来，就可以得到所要的淡水。从50年代开始，一些工业发达国家就竞相进行海水淡化技术的研究，到目前为止，已经投入使用的海水淡化技术基本上都可满足工业生产的要求。应用蒸馏技术、膜技术等海水淡化技术将海水处理成各种工业用水、饮用水、高纯水，涉及到的多极反渗透法、多极闪蒸法、电渗析法及冰冻结晶法等高技术手段，目前已经被人们掌握。

我国的海水淡化技术研究开始于60年代，继在西沙日产200吨电渗析海水淡化装置成功运行后，我国又先后在舟山建成了国内最大规模的日产500吨反渗透海水淡化站，在山东长岛建立了我国第一座纳滤处理海岛地下苦咸水淡化站，海水淡化工程技术已达到或接近国外先进水平，部分省区已将其投入生产和应用阶段。国家液体分离膜工程技术中心，在膜分离技术领域已取得重大科技成果50多项，使我国成为世纪上少数几个掌握分离膜及组器件工业化制造技术的国家之一。我国自行设计开发的反渗透海水淡化技术，从海水中生产1吨淡水的能耗达到国际上5.5度电的水平，由于采用了国际先进的复合膜材料，使海水通过一级脱盐，就可生产出优质的饮用水。——摘自科学时报

十四、生命的源头

十四、生命的源头

细胞起源和生命起源

生命的起源和细胞的起源的研究不仅有生物学的意义，而且有科学的宇宙观的意义。细胞的起源包含三个方面：(1)构成所有真核生物的真核细胞的起源；(2)与生命的起源相伴随的原核细胞的起源；(3)最新发展的三界学说，即古核细胞的起源。

在细胞生物学、分子生物学、原生生物学和微生物学有了巨大发展的基础上，近30年来真核细胞起源的研究取得了重大的进展，例如叶绿体和线粒体的起源。有的正在取得重大突破，如鞭毛和细胞骨架的起源问题，开创了进化分子细胞生物学，其目的在于从生命的发展、进化的角度考察一切细胞生物学现象。

真核细胞起源的根本关键是细胞核的起源，因为具有核被膜的细胞核是真核细胞在形态结构上的最根本的标志。近年来，我们对所有现存的真核生物中目前所知的最为原始的类群--双滴虫类(diplomonads)的细胞核及核分裂方式进行了研究，已发现了一系列独特的极为原始的特征，如尚核仁，核被膜不完整，核分裂方式极为原始，贾第虫(Giadia)的核分裂中看来没有纺锤体参与。这些发现结合近年来国外在原核生物的染色质结构及其分裂机理上的一些重要发现，正在给细胞核的起源研究和有丝分裂的起源研究带来重大的新突破。

地球上的生命起源于硼砂矿物？

美国佛罗里达大学的研究人员最近宣布，他们发现矿物质在地球形成生命的最初阶段起了关键作用。特别是一种叫硬硼钙石的含有硼砂的矿物质，有助于把在星际尘埃云中发现的有机分子变成一种叫核糖的糖，而核糖是组成核糖核酸的基因物质的核心物质。这一发现在研究地球上的生命是如何形成的课题中(这个30亿年来的秘密)迈出了关键的一步。

佛罗里达大学著名的化学、解剖学和细胞生物学教授史蒂文·本纳等人重复了斯坦利·米勒50年前所做的实验。米勒在1953年的实验表明，原始大气中的电火花产生氨基酸，而氨基酸是蛋白质的组成物质，然而，他的实验没能找到形成基因物质所需要的糖。该研究项目的领导者本纳说，在生命起源前的条件下能从星际物质中产生核糖。但在米勒的条件下，核糖很不稳定，无法保存下来。像大多数糖一样，如果不谨慎地处理，核糖会变成焦油，就像把蛋糕烤得太久一样。

本纳说，我们提出两个问题。首先，作为形成核糖的原始物质，在早期地球上可能存在什么样的简单有机分子?其次，在早期地球上可能存在什么样的物质能抓住核糖使它不致于像烤糊的蛋糕一样燃烧掉?

为了确定可能成为生命起源物质的简单有机分子，本纳转向人们知道存在于星际尘埃中的化合物，例如用来保存器官和组织的甲醛。他认为，甲醛可能不像是我们所知道的生命的起点。但它是简单的，只有一个碳原子、一个氧原子和两个氢原子，宇宙中有许多甲醛可以利用。

本纳小组的研究结果表明，甲醛和其他星际化合物一起可以形成核糖和其他糖，如果放在诸如钙等基础物质中进行处理的话，核糖在形成后马上分解。

在认识到核糖有特殊的化学结构，从而可以同含有硼元素的矿物结合时，他们就转向另一种叫硬硼钙石的物质。本纳说，硬硼钙石是在死亡之谷找到的一种含有硼元素的矿物。没有硬硼钙石，核糖就会变成焦油。有了硬硼钙石，核糖和其他糖就成为纯净的产物。

随后，本纳又用其他硼酸盐矿物(其中包括硼钠钙石和—般称为硼砂的四水硼砂)进行了类似的研究。

生命起源于宇宙烟尘

生命的源头到底是什么？无数科学家为之钻研了数十年。现在最新的研究表明生命可能起源于宇宙烟尘。

宇宙烟尘不仅给我们的星球带来生命之种，也可能给整个星系的无数其它星体带来了生命之种。这是一项对陨星的最新研究成果中得出的结论。它揭示了复杂有机分子是如何在太阳系中形成并被带到地球上来的。它还说明了在很早以前我们的以及其它“太阳系”可能曾被这种有机成分混合物的烟尘包围，为生命的起源创造了良好的开端。位于加利福尼亚州蒙特菲尔的ＮＡＳＡ试验研究中心的马克斯·伯思斯坦说：“该成果使我们更有希望找到其它适于人居住的行星。”

在星际太空中被称为多聚芳香族碳氢化合物（ＰＡＨＳ）的分子十分常见，许多人认为它们是生命的原材料。ＰＡＨＳ是一族含有由两个或更多共用碳原子的苯环构成的化合物。结构最简单的就是用于制造卫生球的萘。其它的往往是从燃烧的燃料或烟草中发出的烟尘中的成分，其中有许多是致癌物质。ＰＡＨＳ是宇宙中已知的最丰富的碳形式。它们还构成了大多数常见陨星中超过半数以上的有机化合物，一般将这类陨星称为含碳的球状陨石。自从地球形成，这类陨石就与其它宇宙烟尘一起不断落到地球上。

这些陨星包含了来自４．６万亿年前太阳系形成时的物质材料的样本。但是目前仍不清楚这些有机成分是从那个时候起就一成不变呢，还是在随后暴露在太空和太阳射线中形成的新物质。

为了寻找答案，位于加利福尼亚的斯坦福大学的化学家理查德·让尔用灵敏的激光探针对来自两个不同陨星的新鲜切片进行了照射。他分析了陨星中碳粒释放出来的有机化合物，特别是其中较重的ＰＡＨＳ与萘的比例。让尔在２００２年８月份美国化学协会会议上所作的报告称上述比例在整个陨星中惊人地统一。他说这意味着这些分子自从岩石形成时起就没有变化过。如果不是这样，你就会看到一个倾斜度--即外部化合物的比例与中心部位化合物的比例是不一样的。

虽然ＰＡＨＳ本身并不存在于活细胞中，但它们很容易转变成生命必需的其它分子。在差不多十年前，化学家埃威瑞特·歇克证明ＰＡＨＳ可以通过反应而形成氨基酸。而且近年来，伯思斯坦通过利用紫外线对冰覆盖着的ＰＡＨＳ进行照射来激发出星际云的环境，结果得到了重要的有机分子，例如乙醇。

研究人员目前认为有可能最早的细胞中包含ＰＡＨＳ本身。伯思斯坦说：“有可能这些陨星分子在早期地球上直接掺入到了最早的有机体中。”

位于圣·克鲁斯的加利福尼亚大学的化学家大卫·迪莫认为ＰＡＨＳ甚至可能使原始有机体具有了某种能捕获光能的基本光合作用能力。

他发现ＰＡＨＳ能吸收近紫外及深蓝光，从而可以将电子传递给其它分子，这就像叶绿素的作用一样。迪莫说，ＰＡＨＳ可能掺入到膜中并起传递电子的作用。从而有可能“引发整个光合作用链反应”。

人类的进化历程

原始的人类开始出现大约在距今约300—200万年以前。智力和文化的发展是人类进化发展的重要标志。

南方古猿是由猿分化出来的最原始的人科代表，具有猿和人的混合特征，能直立行走。代表了由猿到人演化过程的过渡阶段。它们生活在距今500—120万年期间的东非和南非等地。它们的脑容量变化范围由早期的450毫升到晚期的725毫升。它们可能像现代的类人猿一样具有即兴使用树枝、木棍、石块的能力，但无有意识制造工具(石器)的能力。

大约在距今250万年前后，由南方古猿演化出了最早使用和有意识制造石器的原始人类——能人。它们生活在距今250—150万年期间，代表了人类演化历史中的早期猿人阶段。它们的平均脑容量约640毫升。它们制造的石器是一些由砾石打制而成的非常简单的粗制砍砸器，在考古学中被称为奥杜韦文化。目前为止，这一演化阶段的人类化石和文化遗址主要分布在东非地区和我国的云南省。我国云南的元谋猿人生活时代距今约170万年。

几亿年前地球大批物种消失可能缘于天体撞击

在距今约２．５１亿年前，地球上多达９０％的生物突然消失。美国科学家提出的最新看法认为，这一重大生物物种变化可能是小行星或彗星等天外来客撞击地球所致。

美国罗切斯特大学的巴苏等人在２１日出版的美国《科学》杂志上报告说，他们在南极洲一段地层的岩石中找到了证据。据测定，这一地层年代是处于距今约２．５１亿年前的二叠纪和三叠纪交界时期。巴苏等人从岩石中分离出约４０个直径为５０至４００微米的碎片。显微分析显示，这些碎片在结构上具有外来陨石的特征。研究人员在岩石所处地层中还发现了一些细小的金属铁碎片，其独特的结构在地球天然矿物或陨石中从来没有发现过，据推测有可能是在撞击产生的高温下形成的。巴苏小组中的一些成员早先也曾发现，二叠纪和三叠纪交界期的地层中还存在带有受撞击痕迹的石英微粒，一些带有布基球结构的分子中还包含着来自地球之外的气体原子。

巴苏等人指出，南极洲二叠纪和三叠纪交界期地层中新分离出的碎片，与中国浙江省煤山地区同年代地层中发现的一些样本具有类似特征。这些都进一步表明，距今约２．５１亿年前地球曾遭到其他天体碰撞。他们推测，撞击地点也许位于如今的澳大利亚西部附近。撞击有可能引发巨大火球和地下熔岩喷发，大量尘埃进入大气层使地球暗无天日长达数月。在二叠纪末，曾在地球上非常繁盛的三叶虫和广泛分布的多种珊瑚都已消失。此外，科学界以前曾普遍认为，在距今６５００万年前导致大部分恐龙绝迹的原因，可能与外来天体撞击有关。

但不少科学家对外星撞击造成距今２．５１亿年前物种大变化的说法持质疑态度。他们指出，巴苏等人在该时期地层中发现的陨石碎片样本，怎么能不受侵蚀地保留数亿年时间，目前并没有得到令人信服的解释，而其他一些证据也还需要重复检验，因此现在下结论为时过早。

温室效应演奏“生命奏鸣曲”

最近，美国堪萨斯大学的研究人员模拟了过去５．４５亿年间大气中二氧化碳含量的变化，研究发现，在几亿年前，大气中这种温室气体的含量是现在的２０倍。借助于化石记录，他们测算出同一时期海洋动物物种的出现和消失速度，在对比二氧化碳含量与化石沉积数据时他们发现，高含量的二氧化碳与新物种的增加之间存在正比关系，两条曲线的变化彼此相当吻合，这似乎说明，大气中的二氧化碳含量越高，新物种的出现就越快。

美国马萨诸塞州技术研究所的丹尼尔·罗思曼以前就认为，在过去４亿年间，大气中二氧化碳的含量与生物多样性相关，但新的研究进一步证实了动物物种的出现和消失速率与二氧化碳含量的相关性。研究人员还研究了包括寒武纪初期等更久远时期的全部动物的进化史。

虽然研究人员尚无法确定二氧化碳含量影响物种进化的具体数据，但可以肯定，二氧化碳含量的增加直接促进了新的特殊物种的形成。研究人员认为，本世纪大气中二氧化碳含量的增加，有可能促进新物种的出现，从而增加地球上的生物多样性。不过研究人员指出，任何生物进化过程需要在５００～１０００万年这样的时间尺度上才能见分晓。

此外，像地壳板块结构变化等其他因素也可能影响生物进化和大气中的二氧化碳含量变化。例如，当大陆板块漂移时，地质活动不仅会释放出大量二氧化碳，而且可能导致物种种群的彼此分离。研究人员认为，无论是什么方式引起的二氧化碳含量变化，都存在促进新物种出现的作用，研究人员把这种作用比喻为地球物种进化起搏器。

尽管不是每一个人都相信堪萨斯大学研究小组提出的这种观点，但辛辛那提大学的阿诺德·米勒对这种观点十分赞赏。米勒指出，自寒武纪以来，海洋动物物种的出现和消失的速度平均来说是下降的，而这种观点却能解释为什么进化速度快的三叶虫之类的动物会消失。