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李偉才

筆名李逆熵,香港著名科普作家。曾任職中學教師、太空館助理館長、天文台高級科學主任、港大國際學位課程中心總監。一九八五年因致力普及科學獲選為十大傑出青年。現為香港科幻會會長、香港科學館顧問委員會委員,及網台節目「浩浩熵熵」主持人。至今發表著作逾三十本。 網誌

生活

從宇宙觀到人生觀(三)

從宇宙觀到人生觀(三)
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(第三紀滅絕事件隕石原因想像圖,取自維基百科)

好了,現在讓我們再次回到我們的家鄉:地球之上。地球和太陽差不多同一時間形成,所以也差不多有46億歲。形成初期表面環境十分惡劣(火山活動和天體撞擊頻繁),因此不可能有生命存在。但隨著表面冷卻環境穩定下來,分子水平的物質演化 (molecular evolution) 不斷由簡而繁,最後形成了可以自我複制自我延續的系統。生命誕生了。

科學家從地層中找到最古老的生命遺跡有38億年之久。但在一段十分漫長的歲月,生命的演化都只是停留在單細胞的階段。

這段時期的一件重大事件,是廿多億年前一些細菌開始透過葉綠體 (chloroplast) 自我製造食物。「光合作用 (photosynthesis) 」的出現逐步改變了大氣層的化學構成,原本沒有氧氣的大氣層開始出現大量的游離氧氣,大量無法適應這種「高度腐蝕性」氣體的生物紛紛死亡。然而,所謂「禍兮福所倚,福兮禍所伏」,一些生物在危難下發展出「有氧呼吸 (aerobic respiration) 」,不但能夠倖免於難,而且還變得更有活力。

部分氧氣在大氣高層受太陽照射而變成臭氧,而臭氧層 (ozone layer) 的形成則阻隔了大量有害的紫外線,令地面的生物能夠向更複雜的方向發展。終於,在距今5億4千萬年左右,大量的多細胞生物在世界各地出現,其中有甲殼護體的生物更留下了大量的化石。按照地質學的年代劃分,科學家稱這次變化為「寒武紀大爆炸」或「寒武紀大興盛 (Cambrian Explosion) 」。最為有趣的一點是,這段時期出現的不少生物基本型態結構,都是生物學家從來未有見過的。簡單的結論是,這些「另類結構」的生物在往後的演化歷程中被淘汰了,所以沒有後代留存下來。

最初的生命都是水棲的,最有可能的一個發源地是沿海的潮汐窪沼 (tidal ponds) ,然後則遍布海洋與江河湖泊。五億至四億年前左右的世界,是一個由魚類統治的世界 (Age Of Fish) 。

最早出現於陸地的生命,是約為五億年前的一些單細胞生物。但各類型生物(植物、蠕蟲、昆蟲及我們最為關心的脊椎動物)較為大規模的“登陸”行動,則是四億年多一點的事情。大家有見過懂得用前鰭在陸地上爬行的彈塗魚嗎?科學家相信,最先登陸的脊椎動物,極有可能就是一些酷似彈塗魚的魚類。

脊椎動物由水棲到陸棲必然經歷了一段頗長的時期,因為即使到了今天,一種過度性型態的生物仍然到處可見。聰明的你當然已經猜到。牠便是水、陸兩棲的兩棲動物 (amphibians) 。而我們最熟悉的當然便是青蛙。

青蛙的交配、產卵、授精和胚胎發育都必須在水中進行,但到了成年階段則可以脫離水的環境而在乾旱的陸地生活。大家有養過蝌蚪嗎?相信任何養過的人都會感到生命的奇妙。小小的蝌蚪最初跟一尾小魚沒有分別,但日漸長大期間卻會生出四肢,而尾巴則日漸縮小直至消失。看!一條魚於是變成了一頭青蛙!

按照古生物學家的研究,雖然兩棲動物十分成功並一直演化至今(今天地球上至少有六千個品種),但在三億二千萬年前左右,其中一些兩棲動物則進一步演化成為了爬行動物(reptiles)。大家當然知道龜、蛇、蜴蜥和鱷魚等都屬爬行動物,但大家知道牠們的繁殖方式跟兩棲動物的主要分別在那裡嗎?

爬行動物之所以能夠完全擺脫水棲的環境,完全因為繁殖上的一個“偉大發明”:蛋。大家可能從來沒有想過,蛋之為物,是把受精卵及至胚胎發育時所需要的濕潤環境,複制於一個受到硬殼保護的空間之內。正因為這樣,爬行動物才可完全擺脫繁殖時對水的依賴,而進一步征服乾旱的大地。

大約到了二億三千萬年前,爬行動物的一個分支發展成為一個十分成功的族類。這個族類品種極其繁多,其中一些的體形更不斷增大而成為當時地球上最龐大的巨無霸。牠們充斥於地球上每一個角落,由陸地、天空、江河、湖泊以至海洋都有牠們的蹤影。不用說大家也經已猜到了,牠們當然便是大家耳熟能詳的恐龍。

雖然電影《侏羅紀公園》已經努力為恐龍的形象作出“平反”,但今天仍然有人以為,恐龍最終滅絕,必然是因為牠們又蠢又鈍又懶。牠們有所不知的是,恐龍稱霸地球達一億四千萬年之久。相比起人類那數百萬年的歷史,恐龍的歷史是人類的二十倍之多。除非我們能夠延續多一億年以上,否則我們根本沒有資格嘲笑恐龍。(一些有識之士認為,人類可能連廿一世紀也無法熬得過呢!)

今天我們知道,恐龍的滅絕實乃「非戰之罪」。殺死恐龍的元兇,是一顆直徑只有十公里左右的小行星 (asteroid) 。不要小看這顆較香港島還要細小的「太空炮彈」,因為按照科學家的推斷,它於6千5百萬年前的某一天撞向地球時,速度是音速的50倍,而撞擊時的威力,是現時全世界核子武器威力總和的一千倍!

撞擊不但導致導致山崩地裂,也引發了驚人的地震、海嘯、火山爆發、森林大火和酸雨等災難。而最為致命的,相信是撞擊時揚起的沙塵、火山噴發出的灰燼、以及森林大火所產生的煙灰。所有這些物質都會產生同一個效果,就是將陽光阻隔而令大地陷入一片昏暗之中。

科學家的研究更顯示,一部分的物質可能進入大氣高層(對流層 (troposphere) 以上的平流層 (stratosphere) )並在那兒停留一段頗長的時間。也就是說,這種不見天日的情況可能維持數年之久。

陽光的阻隔令植物無法進行光合作用而大批死亡。不用說,無論素食或肉食的動物,亦會因此而難逃厄運。事實上,這次大碰撞令地球上超過80%的物質滅絕,科學家稱之為「白堊紀大災難 (Cretaceous Catastrophe) 」。

然而,對於早已出現的原始哺乳動物來說,這趟災難卻是一個莫大的契機。恐龍的滅絕為這些劫後餘生的動物提供了一個遼闊的演化舞台,地球於是進入了「哺乳動物時代 (The Aga of Mammals) 」。

六千五百萬年的演化,產生了大量稀奇古怪但今天已不復存在的哺乳動物(如南美洲的巨型樹懶)。但其中一趟古怪的演化歷程,其後裔卻留存至今。牠們便是約於五千萬年前從陸地回到水裡居住的鯨類(大家有否留意其中包括的「海豚」,中文的意思正是「海中的豬」嗎?當然古人不懂進化論,這應是有趣的巧合)。相信大家都知道「鯨魚」這個名稱是完全錯的,因為牠們不是魚類,而是不折不扣的哺乳動物。

對於我們來說,最重要的一種哺乳動物必然是「靈長目 (primate) 」動物。(「目 (order) 」是生物學所用的一個生物分類等級。其他的「目」包括食肉目、食蟲目、齧齒目等。)這種動物包括了我們所熟悉的猴子、猿類、人類以及牠們的直系祖先。牠們還包括了現時主要生活在馬達加斯加島 (Madagasca) 上的各種狐猴 (lemurs) 。研究顯示,這些狐猴與原始的靈長目生物最為近似。

大家知道猿和猴是如何分辨的嗎?一個最簡單的分辨特徵是猴擁有尾巴,而猿是沒有尾巴的。粗略來說猿類可被分為「大猿類 (great apes) 」和較小的猿類 (lesser apes) 。後者的代表是各種的長臂猿。至於前者,現存的有品種有五個:大猩猩 (gorilla) 、黑猩猩 (chimpanzee) 、倭猩猩 (bonobo apes) 、褐猩猩 (orang-utang) 和人類 (homo sapiens) 。(留意在發現之初,倭猩猩曾被歸類為黑猩猩的一種,只是在上世紀下半業才被確立為另外一種大猿類。)

科學家對靈長目生物的演化已經作出了甚為深入的研究,研究的手段既包括了化石亦包括了分子生物學的證據。證據顯示,褐猩猩的祖先與其他猿類的祖先分支得最早,時間約為一千五百萬年左右;其次是大猩猩,分支時間約為八百萬年前。至於黑猩猩與倭猩猩在進化上與人類最為親密(彼此的基因差異不足2%),彼此的祖先約於五百萬年前左右才分道揚鑣。

古人類學的研究顯示,早於四百萬年前,人類的祖先已經開始直立行走。約於二百萬年前,一種叫「能人 (Homo habilis) 」的古人類開始懂得製造大量石器工具。約於五十萬年前,一種叫「直立人 (Homo erectus) 」的古人類開始懂得用火。約十五萬年前,現代人(Homo sapiens)的直系祖先才開始離開非洲。約於一萬多年前,人類開始懂得農耕並進行定居(農業革命)。而約六千年前,我們發明了文字並開始進入使用金屬的年代(青銅時代)。約五百年前實現環球旅行、約二百三十年前發明蒸器機(工業革命)、約一百五十年前開始懂得用電(電氣化時代)、約六十年前進入太空、約三十年前建立起連接世界的互聯網。
對於只有數十年壽命及數千年歷史記載的人類而言,宇宙演化所涉及的漫長時間,實在遠遠超乎我們的理解與想象。為了讓我們較好地領略演化所需的時間,有人想出了「宇宙年曆 (cosmic calendar) 」這個精彩的表達方法。

(待續)

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