brachiosaurus 知乎大神叶山博士：如何用 20 块化石来讲述地球的历史？

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化石是生物在岩石中留下的痕迹，但生命进化史并不能覆盖地球的全部历史。地球有46亿年的历史。据推测，生命最早可能起源于42亿年前，而我所知道的最早没有太多争议的化石来自于35亿年前左右。所以化石只能用来讲述地球从35亿年前到现在的历史。

下面提到许多地质年代。让我们用一年来表示它:

接下来是我认为最具代表性的20种生物的化石:

1.叠层石

西澳大利亚叠层石

绍普夫等人，2007年

如果用人类历史来对比地球历史，40亿年前的地球历史属于传说中的时代，没有明确的记载，只有人们根据零散的线索进行推测。距今40亿年左右的太古代和元古代，是具有一定可信度的古代史的开端，生命的出现是重要的史料。图为澳大利亚西部的一个叠层石化石，约35亿年前形成于太古代，是最早的无争议的生命遗迹之一。叠层石是藻类和其他微生物通过一系列生物作用产生的层状沉积物堆积结构。澳大利亚西海岸是寻找早期生命化石的热门地方。这里发现了许多与早期生命有关的微生物和藻类化石，包括我们系教授约翰·瓦利在大约34亿年前发现的微生物化石。地球早期环境非常恶劣，不稳定。地球经历了极速自转、萨特亚星撞击、频繁的陨石撞击、初始大气逃逸等事件。大约44亿年前，地球上有液态水，到35亿年前，生命已经发展到叠层石的程度，这说明此时的地球环境已经不是地狱的极端环境。

2.蓝细菌

西澳大利亚蓝细菌

Rasmussen等人，2008年

这是最早有争议的蓝细菌化石，同样来自西澳大利亚，年龄27亿年。蓝藻是地球上最早能够进行光合作用的微生物之一。蓝细菌和其他生物的出现标志着光合作用的诞生。从此，他们开始改变地球大气的成分，为大气提供更多的氧气，为后来地球上的生命繁衍奠定了基础。大致在这个时期，地球的板块构造运动开始了，火山活动给地球大气层带来了二氧化碳。二氧化碳是一种温室气体，在保持地球温暖方面起着非常重要的作用。这样，地球就具备了发展高等生命形式的基本条件。

3.早期真核生物

中国燕山真核生物

朱等2016

地球进入元古代后，原始大陆形成。在高空时，臭氧层已经初步形成。地球的这些发展为生命发展成更多的形式奠定了基础。15.6亿年前，在中元古代，生命已经进化到了相对高级的形态。例如，几年前，在中国燕山地区发现了这种复杂多细胞生物的化石。但是，这个时候，地球的环境不能说是最适合的。在漫长的元古代，地球经历了两次大规模的冰期——休伦冰期和冰河时代。我们称之为两次雪球地球事件，因为当时地球大部分被冰川覆盖。同样在元古代，世界各地的大陆被分离和合并，相继形成了两个超大陆——哥伦比亚大陆和罗迪尼亚大陆。在这个漫长的过程中，生命的进化相当缓慢。

4.三叶虫

中国云南三叶虫

Steiner等人，2001年

在漫长的前寒武纪之后，地球在5.4亿年前进入显生宙。显生宙，顾名思义，是一个充满生命的时代。显生宙开始的标志是寒武纪生命的爆发，生物大规模分化，许多新物种形成。从此，地球告别了古代史，进入了古代史的辉煌阶段。说到寒武纪古生物，三叶虫最受欢迎。三叶虫是一种广泛分布于世界各地的节肢动物，其历史基本贯穿整个古生代。图为云南澄江发现的三叶虫化石。

5.凤娇昆明鱼

中国云南

Degan 2003

进入寒武纪后，生命继续进化。寒武纪时期，中低纬度陆地附近有许多阳光充足、营养丰富的浅海区，为古代海洋生物提供了良好的栖息地。在5.2亿年前的海洋中，脊椎动物登上了历史的舞台。图中所示化石属于一种不到3厘米长的鱼类，但却是已知最早的脊椎动物之一——凤娇昆明鱼。也来自云南澄江附近。

6.裸蕨

Hostinella波兰

Salamon等人，2018年

大约在4.3亿年前的奥陶纪晚期，地球迎来了最早的植物。图为在波兰发现的早期植物化石。但也有科学家认为，这些早期植物的大规模出现，吸收并固化了大量的二氧化碳，导致地球温度骤降，进入了地球历史上的另一个大冰期——安第斯-撒哈拉冰期。

7.羊齿蕨

德国蒙斯特霍纳弗顿

Cascales‐Mi ana等人，2019年

植物的下一次发展发生在志留纪，当时地球上出现了维管植物。我们今天能看到的大多数常见植物都属于维管植物，包括所有的蕨类植物和种子植物。它们的大规模繁殖也标志着安第斯-撒哈拉冰河时代的结束。所以这个大冰河期可以说是成功也可以说是失败。冰川期结束的具体原因仍有争议，但更可靠的说法是此时地球上的造山运动逐渐增强，因此火山活动增多，释放的二氧化碳使地球变暖。冰河时代结束后，地球的土地逐渐被绿色覆盖。图为早期维管植物之一的德国克拉托瓣属植物的植物细胞化石，出现于约4.2亿年前，在泥盆纪灭绝。这些植物的出现稳定了一度波动的地球气候和环境，并为更多的生物进化提供了舞台。

8.新翅鱼

加拿大魁北克省

Cote等人，2002年

泥盆纪，地球气候温暖，鱼类在海洋中找到了自己的存在，而陆地上有茂密的植物，早就出现了森林。但是此时陆地上没有动物。泥盆纪晚期，一个鱼类分支开始向陆地进军，其中最具代表性的是新翅鱼。它们的鳍进化出了陆地动物四肢的一些特征。

9.鳙鱼

苏格兰鱼骨鱼

阿尔贝里等人，2005年

继新翼鱼之后，下一个代表动物进入陆地的物种是日本黄鳝。鱼骨最早是在苏格兰发现的。它是介于鱼类和两栖类之间的动物。它生活在泥盆纪，被认为是最早登陆的动物之一。然而，当动物试图征服陆地时，缺氧导致的海洋生物灭绝发生在晚泥盆世。同时地球温度再次下降，进入泥盆纪末期的卡鲁冰期。这可能与陆地上树木和森林的大规模出现有关，也可能与澳大利亚的陨石撞击有关，也可能与西伯利亚维路伊大火成岩省的形成有关。图为日本黄鳝化石修复。

10.蜈蚣的遗迹化石

加拿大东部节肢动物

Briggs等人，1984年

然后是气候更加温暖湿润的石炭纪。对很多人来说，石炭纪可能是最可怕的时代，因为这个时期是地球历史上以巨型昆虫和节肢动物为主的时期，地球上到处都是长达数十厘米的大型昆虫。比如图中的遗迹化石是一条半米长的大蜈蚣留下的。但是对于地球的历史来说，石炭纪也是一个非常重要的环节。在此期间，动物卵内形成了羊膜结构。植物在陆地上站稳了脚跟，森林非常茂盛。许多植物死后被堆积起来埋在泥里。经过多次波折，最终形成了煤炭，为人类文明的工业化提供了基础。也是在这个时期，大陆再次聚集在一起，形成了最近的超大陆——泛大陆。

11.异特龙

美国俄克拉荷马州迪米特顿

俄克拉荷马州的齿龙牙齿化石

齿龙复原图

二叠纪是古生代最后一个时期。此时泛大陆已经形成，地球上所有的主要陆地都是相连的。然而，在陆地上，一些大型动物开始游荡，其中最经典的是异特龙。很多人把Alloodon误认为恐龙，其实和恐龙关系不大。它们介于哺乳动物和爬行动物之间，它们的关系甚至更接近于哺乳动物。他们是二叠纪的土地霸主，处于食物链的顶端，但在二叠纪中期就消失了。而等待二叠纪大多数其他生物的是二叠纪晚期的大灭绝事件。这次大灭绝是地球历史上五次大灭绝中物种损失最惨重的一次，所以很多人直接用英语称之为“重大死亡事件”。二叠纪诸多致命事件谢幕后，真正的恐龙时代悄然来临。

12.摩根野兽

威尔士摩根努科顿

摩根兽化石碎片草图

你认为我们现在应该开始谈论恐龙吗？不，有一个重要的角色需要先介绍，那就是哺乳动物的始祖摩根。摩尔根兽是已知最早的哺乳动物之一，出现于二叠纪威尔士，其近亲发现于中国云南。在此之前，地球上有一种隐藏的王者兽，但它与哺乳动物的具体联系仍有争议。所以，目前我们普遍认为摩根兽是哺乳动物的先驱。三叠纪泛大陆处于生命晚期，大陆内部远离海洋，环境干燥，水资源匮乏。特别是后期古特提斯海完全封闭，大西洋中部的大火成岩省不断喷出激流玄武岩，导致气候日益炎热干燥。许多大型动物无法生存，逐渐衰退灭绝。而摩根兽，因为体型小，需水量低，在这样恶劣的环境下，给哺乳动物留下了火种。当然，也有早期的小恐龙，如虚拟龙和大型恐龙班龙，它们学会了迁徙以求雨。

13.翼龙佩文

意大利北部

Dalla Vecchia 1997

恢复图

那么是时候谈谈恐龙了吗？不，我们要等，因为还有一个重要的角色要说，那就是第一个征服天堂的脊椎动物空，包括图中最著名的随行天翼龙和培文翼龙。最早学会飞翔的动物很可能是石炭纪早期出现的有翼昆虫，但它们的飞行高度是有限的。天道真正的征服者空是三叠纪出现的培文翼龙等第一批翼龙。它有一条长长的尾巴和已经完全进化的翅膀。

14.腕龙

美国科罗拉多州腕龙

科罗拉多州花园公园的腕龙化石碎片

腕龙的修复

现在我们终于可以谈论恐龙了。三叠纪是恐龙时代的开始，但三叠纪恐龙并不是唯一的优势物种，它们也面临着其他动物的竞争。但是到了侏罗纪，恐龙正式成为霸主。地球进入侏罗纪时代，环境不再像三叠纪那样干燥，因为横贯大陆的南北分裂让海洋在陆地之间延伸，增加了陆地上的降水，从而为动植物的生存提供了必需品，扩大了动物宜居环境的范围。一些巨型恐龙可以茁壮成长。因为斯皮尔伯格，《侏罗纪》在普通人心目中可以等同于恐龙时代。侏罗纪最典型的地层之一是美国西部的莫里森地层，在那里人们发现了剑龙、异特龙、梁龙等熟悉的恐龙，其中包括侏罗纪恐龙的代表物种腕龙，是人们心目中恐龙的经典形象之一。

15.始祖鸟

德国南部的始祖鸟

奥斯特罗姆1976

翼龙先征服天空空，鸟笑到最后。自20世纪70年代恐龙文艺复兴以来，鸟类是由恐龙的一个分支进化而来的观点被古生物学主流所接受。始祖鸟是介于恐龙和鸟类之间的过渡物种，也被认为是早期鸟类的代表。但是，它不是现代鸟类的直接祖先。侏罗纪时期始祖鸟生活在德国南部。当时德国南部靠近赤道，也就是横贯大陆南北分裂的地方。有一些相对较高的沿海植物。始祖鸟进化出最早的羽毛，并在这些树间短距离滑行。海咸，河浅，鳞藏，羽飞。始祖鸟虽然不是现代鸟类的直系祖先，却是为长有羽毛的动物征服天空而准备的空。

16.霸王龙

美国怀俄明州霸王龙

Carpenter 1990

据说有人曾经在美国做过一个调查:给中小学生讲恐龙的时候，他们首先想到的是什么种类的恐龙？调查的结果是，超过90%的孩子会回答霸王龙，而剩下的10%会有超过一半的人说是三角龙。可见，霸王龙是人们第一印象中最具代表性的恐龙，而三角龙排名第二，劣势极大。其实霸王龙和三角龙都是恐龙时代末期出现的恐龙。他们生活在白垩纪晚期，目睹了恐龙帝国的崩溃。与侏罗纪的温和环境相比，白垩纪要狂野得多——频繁的火山活动释放出大量的温室气体，把地球置于高温期；海底的快速扩张减少了盆地的体积，从而将海水排到陆地上，并在陆地之间形成浅海。海底的几次缺氧事件导致了海洋生物的减少。随着环境的恶化，恐龙帝国衰落了。直到6600万年前，小行星DUANG撞击了墨西哥的尤卡坦半岛，彻底结束了恐龙时代和中生代。从此，地球告别了古代史，进入了现代历史阶段——新生代。

17.古代鲸鱼

巴基斯坦考古

Gingerich 2003

爬行动物的黄金时代随着恐龙的灭绝而一去不复返，哺乳动物在新的世代里迎来了自己的春天。新生代早期，地球气候经历了一个暖期，包括PETM极热事件和古新世早期暖期。鲸目动物的祖先——古代鲸鱼——在那个时候开始在温暖的沿海浅水中游泳，代表哺乳动物迈出了重新征服海洋的第一步。

18.猎猫

美国佛罗里达州尼拉维科

巴斯金1981

随着新生代早期暖期的结束，渐新世地球进入低温期。北美的两次超级火山爆发使空的大气层充满了火山灰，从而遮挡了部分阳光。德雷克海峡的开裂正式形成了西风漂流，一种环绕南极大陆的寒流。温暖的海水在其隔绝状态下无法接近南极大陆，从而使南极变冷，形成冰盖。冰层增加了地球的反照率，并将更多的阳光反射回太阳空。这两件事加在一起，导致了地球降温。然而，在这种冷却的同时，大型食肉哺乳动物在陆地上蔓延，包括剑齿虎。剑齿虎有很多种。冰河时期的剑齿虎其实是剑齿虎，属于剑齿虎的晚期物种。这个时候就没有剑齿虎了。这个时期有代表性的剑齿虎叫猎猫。图为佛罗里达发现的猎猫化石草图。无论如何，曾经生活在恐龙时代夹缝中的哺乳动物，已经逐渐爬到了食物链的顶端，进化出了强壮敏捷的超级猎人。

19.露西·阿法尔南方古猿

露西，埃塞俄比亚南部的阿法尔猿

张克帆等人，1982年

上新世晚期，320万年前，地球温度持续下降。这时，在相对温暖的低纬度地区，一个新物种悄然走上了舞台。他们是南方古猿，被认为是早期人类。其中，地图上的化石是20世纪70年代在埃塞俄比亚出土的阿法尔南方古猿(AL 288-1)标本。因为比较完整，所以被戏称为露西，长期以来被认为是人类的祖先。人类出现了，地球进入了它的近代史。在接下来的几百万年里，人类逐渐爬到了食物链的顶端，最终将进入文明时代甚至工业时代，从而对地球环境产生重大影响。

20.巨大的

美国密歇根州母亲

密歇根大学

地球进入第四纪最后一次大冰期，北美北半部和欧亚大陆北部被冰盖覆盖，俗称冰河时代。冰河时期最具代表性的动物是猛犸象，它们广泛分布于北美和欧亚大陆北部。它们有覆盖全身的长发和厚厚的脂肪层，所以它们能适应冰河时期的寒冷环境。猛犸象也是一种远古生物，早期人类用自己的眼睛看到并捕猎。冰河时代在大约21000年前达到最后一个高峰，然后在大约18000年前结束。从此，地球进入全新世。根据目前的发现，最后的猛犸象延续到公元前4000年左右，那时人类的古代文明已经形成，古埃及人已经开始建造金字塔。猛犸象的灭绝与环境变化和人类活动有关。猛犸的谢幕标志着地球进入了它的当代历史，然后地球上的大部分故事基本都在历史、考古、历史地理的控制之下。

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