无尽之海(从史前到未来的极简海洋史)

海之长歌 诗人和普通人都发自内心地表达着他们对海洋的热爱，但海洋却没能以同样的爱回报。尽管海洋神秘莫测，且早在智人进化之前就已形成，但它只是那样简简单单地存在于地球上。人们始终认为，海洋是永恒不变的存在，但实际情况却是，海洋已经随着时间的推移发生了巨大变化。迄今为止，在其不断变化的40亿年的生命周期中，海洋在孕育生命和促进物种多样性方面发挥了主导作用。人类作为生物多样性的产物，早在进化阶段就与海洋相连。二者关系由来已久，海洋的自然历史中，包含着与人类关系的*早篇章。 液态水的存在，将我们这颗蓝色星球与太阳系中的其他星球区分开来，使海洋的形成成了人类长篇故事的**章，或者至少是序言。水被锁在地球*早的岩石中，因为这些岩石是由水分子黏附在空间中的尘埃粒子上形成的。早期的地球温度不断上升，*终将岩石熔化，因此，任何被带到地表的水，都会以水蒸气的形式释放出来，并逃离地球?那时还没有能够捕获水汽的大气层。彗星和小行星也携带着水，而随着温度的降低和大气层的形成，小行星输送的水似乎被留在了地球上。接下来，便是几个过程的循环往复：冷却、降雨和持续的小行星撞击，这些撞击令水沸腾，进而产生大量的水蒸气；之后，随着不断的冷却，再次形成降水。 这样的过程周而复始，直到40 亿年前，海洋才开始出现，而此时，地球才形成5 亿年。那时，海洋首次占据了地球表面的绝大部分。被水淹没的岩石分解出不同种类的矿物元素，火山喷发释放出来的各种气体和间歇泉带来了热水，就像是按下了地球化学循环的按钮，*终开启了长达10 亿年的循环过程。在此过程中，海洋的化学成分逐渐稳定下来。 38 亿年前，在陆地还远未形成之前，原始海洋中的岩石向世人证明，此时的生命已开始进化，并获得了光合作用的能力。 在格陵兰岛南部，人们发现了伊苏阿（Isua）沉积物。它形成于远古的海底，是现今已知*古老的岩石；这表明，地球上*古老的岩石形成于地球表面，而非内部的地层深处。人们在35 亿年前的岩石中发现了真正的细菌微化石，其中*古老的一种是西澳大利亚岩层中的顶部燧石（Apex Chert）。这种富含碳元素的深灰色岩石沿着火山附近的海上航道边缘沉积，岩浆喷涌流过海床时将化石封印于此。在这些化石中，人们发现了11 种丝状微生物，某些的确是科学上的新发现，但另一些则似乎与现存的蓝藻无异。这足以证明，在地球形成初期，海洋环境造就了生命形态的多样性。 直到39 亿年前，我们的星球还在不断地受太空物质的狂轰滥炸，仅仅是大约6500 万年前的一次宇宙撞击，就终结了恐龙时代。一些早期出现的生命很可能被轻而易举地毁灭了，因此，地球上或许出现过多种生命的起源。而今地球上所有生命的化学形式几乎相同，且都可溯源到相同的亲本细胞系在地球的演变过程中，生命的形式似乎在某个机缘巧合的时刻被固定了下来。相较之下，一些小行星上也发生过某些生命起源前的进化，但均未诞生生命，由此说明，水是这其中*为关键的一环。 尽管地球生命怎样从无生命状态演化而来依然是科学界的未解之谜，但一个既定事实是，远古海洋在这场原始生命剧中扮演了重要角色。而这场进化的*佳发言人?查尔斯? 达尔文，在其著名的“温暖的小池塘”假说中指出，当时的水环境与现代地球大不相同，且在生命进化过程中处于中心地位。同时，他还向约瑟夫? 胡克（Joseph Hooker）阐述了有机分子在什么样的条件下可能产生生命有机体2。达尔文的设想与今天科学家们提出的假设十分相似：例如潟湖、湖泊、水坑、地下水以及海水等，当这些富含有机化合物的水暴露在大气中且受到电离作用后，可能产生氨基酸、糖类及其他种类的生命元素。 虽然我们坚信海洋是生命的摇篮，但很可能只是其中的一部分或几部分区域真正完成了孕育生命这一划时代的创造。毫无疑问，深海环境为生命体提供了免受宇宙物质轰炸的安息之所。海床或其附近区域接触到岩石中溶解出的亚铁离子，成为合成有机化合物的重要催化剂。1977 年，随着深海热液喷口的发现，生命的起源又多了一种新的可能：生命在靠近深海的热液喷口处进化而来，这里喷出的热水与气体为生命的进化创造了条件。这些喷口很可能是有机合成的碳源，每一千万年的碳喷涌量，相当于世界海洋中的总含碳量，也就是说，海底热液喷口调节了海洋的化学成分。 在长达30 多亿年的时间里，地球上的生命以单细胞或细胞聚集体的形式存在，这些细胞形成了覆盖在海床上的微生物垫。 后来，一些细菌体进化出光合作用的能力后，地球才获得了氧气。 随着大气环境中氧气含量的不断累积，氧气终于进入海洋循环之中，使得多细胞生物*终得以在对它们而言曾一度有毒的“氧气汤”中生存并大量繁殖。尽管还有更早的动物化石，但始于5.4亿年前的寒武纪时期的化石显示，该时期疯狂扩散的各种生命形态全部为海洋生物。 在漫长的地质时期，海洋容纳了丰富多样的生命形态，在我们的长篇故事中留下了浓墨重彩的一笔。“寒武纪生命大爆发” 恰如其分地展示了该时期生命诞生的恢宏，许多当今有机体种族的*初代表形态就是在这段时期形成的。三叶虫以及早期的节肢动物在这一时期是整个世界的主宰。它们身披铠甲，在温暖的浅海中生活了2.7 亿年之久，以捕食者、食腐动物和浮游生物的身份，占据了各种生态位。此外，藻类、无脊椎动物、棘皮动物和软体动物等其他生命形式也出现了，但脊椎动物或陆生动植物阶段还没有到来。与含有多种生命体的海洋相比，邻近的陆地相对贫瘠。 淡水中此时也没有生命体存在。 我们之所以对寒武纪了解颇深，主要是因为该时期的生物化石出乎意料地保存到了今天，包括它们坚硬的外壳和柔软的身体。 1909 年，古生物学家查尔斯? 沃尔科特（Charles Walcott）在加拿大落基山脉的伯吉斯页岩（Burgess Shale）中发现了这些化石，并用一个夏天采集了上千个标本。几十年后，科学家们从这些标本中辨认出大量不同种类且不为人熟知的动物群，伯吉斯页岩也因作为研究进化的重要资源而闻名于世。1989 年，史蒂芬? 杰伊? 古尔德（Stephen Jay Gould）在其著作《灿烂的生命》（Wonderful Life ）中写道，与当今的世界相比，寒武纪时期的生命形式更为多样，并推测其中许多独特的谱系已走向灭绝，因而代表了进化的死胡同。 寒武纪时期丰富壮观的化石，记录了海底世界的永久变化。 对浅海食物的争夺促进了生物利用海底的沉积层，来更好地躲避捕食者的追击和寻找食物。*初，覆盖在海床上的微生物垫不仅是掘穴动物的食物来源，还能为其提供保护。由于这些动物沿垂直方向掘穴，在破坏微生物垫的同时，也使海床上部变得更为柔软、湿润。掘穴活动使氧气渗入海床表面之下，从根本上改变了海底环境。而环境的改变，则导致依赖微生物垫生存的有机体灭绝，出现了适应新环境的新物种。只是不幸的是，对于未来的古生物学家们来说，这种戏剧性的环境变化也就意味着之前那种化石的特殊保存状态?如伯吉斯页岩中的化石?也终结了。 后寒武纪时代，生命在稳定的浅海环境中大量繁衍。大约5亿年前，**批脊椎动物出现，它们形似鳗鱼，没有下颚和双鳍，但有原始的脊椎骨、头和尾。它们不会游泳，一生都只能在泥泞的海床上打滚儿，通过滤食摄取微小的食物颗粒维持生命。古生代（从5.43 亿年前到2.48 亿年前）时期，至少有两种无颌鱼在该时期完成了进化、分化并*终灭绝。但即便如此，在该时期出现的其他鱼类，我们今天依然能看到它们的身影。海洋中的七腮鱼类和八目鳗类已进化出从寄生到食腐，再到滤食的多种独特生存方式。尽管它们的分类地位仍存在争议，但它们很可能是从古老的无颔鱼品种中衍变而来的。 不同于普通的硬骨鱼类，包括鲨鱼、鱼、鳐鱼在内的软骨鱼类，其骨骼由软骨构成，而非骨头，且这些鱼类没有鱼鳔和肺。 它们的出现比恐龙早2 亿年，幸存至今，实为不易。鲨鱼出现于4 亿年前，并在之后的石炭纪里繁衍生息。此后，海洋环境发生了几次巨变，其中包括一些大灭绝事件，但这些种群得以幸免。 现代鲨鱼早在恐龙时代就已游弋海中，但在恐龙消失后依然存活了下来，并成为当今地球上*古老的生物之一。 硬骨鱼在今天的海洋中仍十分常见，其中的一族在古生代晚期冒险登陆，进化成两栖动物。无论是在远古还是现代，两栖动物均与水紧密相连。它们都会经历水生幼虫期，都会寻找湿润的环境产卵，并保持成体皮肤的湿润。爬行动物则产下有硬壳的卵，长出带鳞的干性皮肤，从而有效地保持住身体中的水分，自此掐断了生命与海洋的联系，并进化为鸟类和哺乳动物，向内陆和全球扩散，*终填补了所有类型的生态位。 海底扩张使盘古大陆分裂成独立的大陆板块，并开始向今天的位置漂移。小型的陆块使陆地更多地接触海洋，并在非洲大陆与欧亚大陆之间围出一片海。1893 年，奥地利地质学家爱德华? 苏埃斯（Eduard Suess）将这片海洋命名为特提斯海（TethysOcean）?取自古希腊海洋之神俄亥阿诺斯（Oceanus）的姐妹及其配偶之名。直到被大陆板块运动摧毁之前，特提斯海共存在了2.5 亿年。曾经的特提斯海而今以石油矿床的形式存在于中东、西非和南美东部，储量达世界石油总量的60%~70%。瑞士阿尔卑斯山的岩石曾埋藏在这片消失的海洋的西端，在白垩纪晚期，这片海洋延伸到北非的撒哈拉沙漠以及北美中西部平原的大部分地区。随着特提斯海洋底部向上凸起，海平面不断上升，在达到海平面峰值时，地球上仅有18% 的面积是陆地。 地球在中生代，也就是爬行动物时代，经历了两次灭绝事件。 史上*大规模的物种灭绝发生于2.52 亿年前，70% 的陆地物种和90% 以上的海洋物种消失，其中包括*具代表性的远古生物三叶虫。随着新生命形式的扩散，恐龙主宰地球长达1.35 亿年。 世界各地的小学生都知道恐龙时代，但似乎很少有人知道，该地质时期其实还有一个更为准确的叫法，尽管这个名字听起来并不是那么悦耳——牡蛎时代。 那时的海洋食物链与现在一样，依赖浮游植物，这种初级生产者通过光合作用将光能转化为化学能，并为浮游动物提供食物供给。在这一时期，包括球藻、硅藻、有孔虫和放射虫在内的新型微观植物和原生动物陆续出现，这些生物衍生出了外壳或坚硬的表皮，这使我们今天不难见到各种类型的海底沉积物与白垩※。中生代时期，软体动物大量繁殖，特别是蛤蚌、蜗牛，它们钻入海底的沉积层，以躲避海洋中众多的捕食者。牡蛎坚硬的外壳往往无法抵挡螃蟹和龙虾强有力的蟹钳和螯肢，海星的吸力强大到足以将贝壳打开。软体动物已不能有效躲避海床上的捕食者。在海洋爬行动物中，盾齿动物的宽齿可以咬碎牡蛎和帽贝的壳。一些鲨类、鱼类，甚至某些其他鱼类，都能轻松击破软体动物的盔甲?这将导致整个双壳腕足类物种消失。 外海是头足类动物的家园，崎岖不平的海床上方诞生了以乌贼、章鱼和鹦鹉螺为代表的生物群。盘圈带壳的菊石类迅速进化，并在海洋中广泛分布。这些物种大多是“游泳健将”，且已进化出能够刺伤或压碎猎物的下颚，不仅如此，它们还能在不同深度的海底自由活动，这些条件使它们成为强大的捕食者。小的菊石类生物只有25 美分硬币那么大，但大的直径可达2 米左右，填补了许多生态位的空白。菊石类的数目极其丰富，这让它们成为极好的标准化石，可以帮助地质学家辨别出化石所属的岩层。同时，菊石类化石的外观也十分夺目，吸引了众多收藏家的目光。 与生活在相同海域的食肉类海洋爬行动物相比，即便是体积*大的菊石类也相形见绌。19 世纪蛇颈龙、鱼龙等大型化石的发现，令世人深深着迷，也激发了一些知名学者和专家开始重新审视海怪是否依然存在的问题。鱼龙极为适应中生代海洋环境，其体态与海豚相似，展现出生物进化的趋同性。它们不仅有发育良好、方便移动的鳍脚，还进化出带牙的长喙，能更好地捕捉鱼类。就像今天的海洋哺乳动物一样，它们也是从陆生物种进化而来。鱼龙大多身长3~5 米，少数可达15 米左右。蛇颈龙有着像鲸一样的身体，尾短且鳍呈桨状。在民间传说中为人所熟知的尼斯湖长颈水怪，其动漫形象的原型就是蛇颈龙。体型*小的蛇颈龙长约2 米，而*大的则堪比今天的抹香鲸，长度可达约20 米。 这种大型的海洋食肉动物以鲨鱼等鱼类，以及鱼龙、恐龙或其他蛇颈龙为食。 之后，随着*被世人所熟知的恐龙大灭绝，中生代戏剧性地收场了。在这场浩劫中，只有进化成现代鸟类的物种得以幸存。 大约在6600 万年前，一颗小行星撞击地球，在尤卡坦半岛制造了著名的希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub Crater），全球50% 的物种在很短的地质时期消失殆尽，其中就包括当时主宰海洋的鱼龙和蛇颈龙；此外，小型浮游生物，腕足类、鱼类、陆地植物、所有的菊石类也灭绝了。种类繁多的鸟类和哺乳动物，迅速取代了大型爬行动物，占据了包括海洋在内的所有生态位。新生代是属于人类的地质时代，这一时期见证了陆生哺乳动物向海洋扩散的进化过程。 为何哺乳动物会重返海洋？答案可能是因为食物。海洋哺乳动物首次出现在始新世，这个时期，随着全球气温的升高和海洋初级生产力的提高，所有群体都进化出适应在水中进食的能力。 随着始新世的结束和特提斯海的消亡，澳大利亚开始从南极洲向北漂移，南大洋的一部分水域逐渐开放；南美洲*终漂离南极洲，为南大洋打开了全部通路。自此，环极洋流形成。海洋之间的连通将海水充分混合，进一步提高了海洋的生产力。 大约5000 万年前，海牛和鲸类的祖先开始出现在河流或近海水域附近。4000 万年前，欧亚大陆南部和加勒比海西部的海洋已形成完整的海洋形态。埃及沙漠中一处被联合国教科文组织列为世界自然遗产的遗址，向世人展示了一幅千古奇观：大自然将古老的波涛汹涌的海洋镶嵌在一片沙漠之中。瓦地阿希坦（WadiAl-Hitan）又名鲸谷，这里保存着上百具海洋哺乳动物的骸骨，它们正处于后肢退化的*后阶段。这些骸骨化石与4000 万年前至3900 万年前的鲨鱼、硬骨鱼、鳄鱼和海龟化石，被一同保存了下来，通过这些证据我们不难看出，浅海栖息地曾是生命的繁衍之地。 海洋中孕育的众多生命，既可在普通环境中生存繁衍，也可适应某些极端环境。生命在大海中不平等地进化和存续，并以其独特的方式呼应着生命长歌的另一主题：极端环境下的生存。 从极地到热带，每块大陆上都能找到海洋哺乳动物的化石，尤其在北温带地区*为常见。而今，海洋哺乳动物已零散地分布于全球各个地方。海洋中的营养物质通过上升流到达海面，当风将洋流表面温暖的海水吹离海岸，满载着营养物质、密度较大的海水便会从底部上涌补位，为表面带去营养。上升流通常位于大陆的西部边缘，或紧邻海底山脉和珊瑚礁分布，这些地方吸引了鱼类和哺乳动物等大量海洋生物。像磷虾这样每天垂直移动的浮游生物，夜间在海面捕食，白天深入海水躲避阳光，故而吸引了其他海洋生物到此觅食。 斑块是大陆和海洋的普遍特征。海洋占据了地球表面71%或者说是近乎四分之三的部分，这是一个不争的事实。然而，鲜为人知的是，海洋构成了地球上99% 的可居住空间，这个数字令人惊叹。这意味着，海洋多元环境缔造的潜在栖息地，远远超过地球上的广袤山川、葱郁雨林、无际平原和浩瀚沙漠的总和。 但生命在整个海洋中的分布并不均匀。鲸落是指鲸死去后，尸体会下沉至2000 米左右（约6560 英尺）的深海。一次鲸落可为局部海底的某些深海生物提供长达数十载的食物资源，在支持深海生态系统方面，发挥着至关重要的作用。许多海洋生物选择聚集在食物供给充足的地方，比如，食物资源丰富的近海浅滩、寒冷富饶的上升流区、南极洲附近充满浮游生物的深海海域、临近珊瑚礁的特殊水域、陆架坡折处、海底山脉附近，以及黑暗幽深的神秘热液喷口处。 1977 年，在海底一块扩张激烈的区域，人们发现了深海热液喷口，令人震惊不已的是，在活跃的喷口附近发现了高度密集的奇特生物群体。水从海底扩张带的裂缝中渗出，遇到热岩石后升温，产生化学反应，进而从通道之中喷出，形成热泉，与海水中溶解的矿物质混合。**个被发现有生命存在的喷口拥有一个极富诗意的名字：玫瑰花园（Rose Garden），喷口上覆盖着长达2 米（约6.5 英尺）的巨型管虫。持续喷涌的热泉，*初吸引来了以细菌垫为生的蟹类，接踵而来的还有管虫、蚌类、蛤蜊、甲壳纲动物、特殊的蠕虫和一些无脊椎动物。这些动物生活在热液喷口附近可达350℃的超高温水域中，但由于深海水压可以防止热水变成水蒸气，因此，降温作用并不存在。这些食物链底端的微生物，非但不像地球上其他地方的生物那样依赖阳光，甚至可以利用喷口喷出的硫化氢制造单糖。而一些较大的生物，例如管虫和蚌类，则可依靠与之共生的微生物来获取食物。喷口群落的繁殖力可媲美浅水珊瑚礁或盐沼地区，但随着喷口的开启和关闭，群落往往也会相应地出现或消失。 热液喷口的水温梯度令人难以置信，可算众多海洋极端现象中的一种。19 世纪的浪漫主义思想家，总是吟诵着陆上的地球之*，但他们不知道，地球上*大的山脉、*大的火山和*壮观的瀑布，其实都隐匿在大洋深处。马里亚纳海沟（深度约1.0994万米）是大海*深的地方，深到足以将珠穆朗玛峰淹没，其长度约为2550 千米，是科罗拉多大峡谷的5 倍以上。除此以外，大海之下还有地球上*大的单一地质特征区：洋中脊，全长7.2万千米，覆盖了28% 的海底。 海洋的极端现象，并不仅限于地质方面。有化石显示，曾经横行在远古海洋中的巨齿鲨体长14~18 米，是有史以来*庞大、*强大的脊椎动物捕食者之一。巨型食肉动物梅氏利维坦鲸是抹香鲸的近亲，体型与巨齿鲨相似。梅氏利维坦鲸上下颚都长有巨大的牙齿，可以将猎物撕裂，甚至能捕食体型比其自身更大的须鲸（体型比如今的座头鲸小）。白垩纪海洋同时也是双壳类生物的家园，这一时期的壳体生物直径可超过2 米，海龟的体积也是现在的2 倍。今天的蓝鲸仍是有史以来体型*大的生物，长度可达30 米。