從物理學(xué)家的角度出發(fā)，清晰傳神地論述了以更為統(tǒng)一的方式來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的理由。我們生活在一個(gè)專業(yè)化日漸增長(zhǎng)的年代里，原因很清楚。人類一直在每一個(gè)研究領(lǐng)域孜孜以求，隨著專業(yè)的成長(zhǎng)，它又分出下屬的專業(yè)。這個(gè)過(guò)程一再地發(fā)生，而且這是必需的、可取的。然而，目前以綜合化輔助專業(yè)化的需求也正在日益增長(zhǎng)。原因在于，要描述復(fù)雜的、非線性的系統(tǒng)，通過(guò)將其分割為預(yù)先定義的子系統(tǒng)或方方面面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果對(duì)于這些彼此間處于強(qiáng)烈相互作用的子系統(tǒng)或各個(gè)方面只是分別加以研究，那么不管這種研究有多么細(xì)致，將其研究結(jié)果加在一起，也并不能獲得關(guān)于整體的有用的圖景。從這個(gè)意義而言，有一句古老的諺語(yǔ)蘊(yùn)含著深刻的真理，即“整體要大于每個(gè)部分的總和”。因此，人們必須舍棄這種想法，以為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ骶褪窃谝粋€(gè)狹隘的學(xué)科里將一個(gè)定義明確的問(wèn)題弄個(gè)水落石出，而將廣泛的綜合性思維放逐到雞尾酒會(huì)中去。在學(xué)術(shù)生活里、在官僚機(jī)構(gòu)里，在其他任何地方，綜合工作并沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。這位圣塔菲研究所學(xué)人還補(bǔ)充道：“要尋找那些有勇氣對(duì)系統(tǒng)展開(kāi)整體性粗略觀察，而不僅僅是以傳統(tǒng)方法研究系統(tǒng)的某些局部行為的人?！?/div>
>> 一切不變，但是一切皆變。盡管各種事物似乎獨(dú)立存在、特征各異，但實(shí)際上每個(gè)事物又是相同的。形式和質(zhì)料是其背后同一本質(zhì)的不同表達(dá)形式，意大利人喬爾丹諾·布魯諾于1584年在《論原因、本原與太一》中就提出了這個(gè)觀念。同樣的觀念也出現(xiàn)在極為深?yuàn)W的宗教和哲學(xué)思想中。佛教最為尊貴經(jīng)典之一的《心經(jīng)》有云：“色不異空，空不異色。色即是空，空即是色?！?/div>
◆ 大爆炸宇宙學(xué)的證據(jù)
>> 在6個(gè)月的運(yùn)行路線中，地球繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)改的位置。其結(jié)果就是附近恒星的位置經(jīng)過(guò)一年的時(shí)間看上去有點(diǎn)兒移動(dòng)；距離越近、體積越大的恒星，位置的變動(dòng)就越明顯。（由于觀察者的運(yùn)動(dòng)而引起目標(biāo)的位移這就是視差。）通過(guò)仔細(xì)測(cè)量這一變動(dòng)，可以用初等三角學(xué)來(lái)確定這顆恒星離地球的真正距離。這是確定宇宙真正范圍的首要方法。對(duì)于遠(yuǎn)一些的恒星，由于角度太小而無(wú)法操作，所以必須使用其他方法。
>> 美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）利用洛杉磯郊外威爾遜山天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)造父變星，試圖為廣闊的宇宙空間繪制地圖。他起先發(fā)現(xiàn)，許多造父變星顯然存在于我們所在的銀河系之外。這意味著宇宙并不是由一個(gè)而是由許多個(gè)銀河系組成的，因此證明了德國(guó)哲學(xué)家伊曼努爾·康德在近兩個(gè)世紀(jì)之前提出的觀點(diǎn)。
>> 每一條光帶，或者說(shuō)每一種顏色，都代表著一定能量或頻率的光線，而且光線一旦通過(guò)這種途徑分離之后，對(duì)每個(gè)能量層級(jí)都可以分別進(jìn)行研究。在包括我們太陽(yáng)在內(nèi)的恒星光譜中，在某些特定頻率的光線中都會(huì)出現(xiàn)狹窄的暗線。
>> 實(shí)驗(yàn)室研究表明，這些暗線之所以產(chǎn)生，是因?yàn)樵谇巴厍虻穆猛局校饩€所穿越的物質(zhì)吸收了其特定頻率的能量，使得這些特定的頻率到達(dá)我們這里的時(shí)候已被減弱了。這些暗線被稱為吸收線。每種吸收線都與一種特殊的元素相應(yīng)，正是這種元素吸收了特定頻率的光的能量。顯然，這意味著通過(guò)研究星光中的吸收線，我們就可以知道恒星內(nèi)存在什么元素，總量為多少。
>> 恒星光譜能夠告訴我們這顆恒星以什么樣的速度向我們靠近或是遠(yuǎn)離我們而去。這個(gè)原理就是多普勒效應(yīng)
>> 光波似乎被拉長(zhǎng)了，仿佛物體正在遠(yuǎn)離我們而去。物體離我們?cè)竭h(yuǎn)，那么紅移的程度就越大。
>> 宇宙曾經(jīng)是無(wú)限微小的，但是后來(lái)它膨脹了，而且至今仍在繼續(xù)膨脹。哈勃的研究工作為大爆炸宇宙學(xué)提供了第一個(gè)而且是最基本的證據(jù)。
>> 哈勃還指出，科學(xué)家可以通過(guò)測(cè)量宇宙膨脹的速度來(lái)推算宇宙存在的時(shí)間。
>> 估計(jì)兩個(gè)相距100萬(wàn)秒差的物體，其膨脹速度（又稱哈勃常數(shù)）大約為500千米/秒（100萬(wàn)秒差的距離為光在326萬(wàn)年中的運(yùn)行距離，大約為30.9×1018千米，或大約3000億億千米）。這個(gè)數(shù)字意味著宇宙只有20億年的年齡。
>> 現(xiàn)代科學(xué)家除了造父變星之外，還運(yùn)用了好幾種其他的距離標(biāo)志，表明哈勃常數(shù)在55—75千米/（秒·每百萬(wàn)秒差距）之間。這意味著宇宙的年齡是在100億至160億年之間，而最新的估算大約集中在130億年。
>> 1922年，俄羅斯人亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）證明，事實(shí)上宇宙既在膨脹也在收縮。宇宙處于不穩(wěn)定狀態(tài)且正在不斷地進(jìn)化中。
>> 早期宇宙過(guò)于活躍，在好幾十萬(wàn)年的時(shí)間內(nèi)溫度過(guò)高，無(wú)法形成原子。但是溫度終于降低到足夠低的程度，質(zhì)子（帶正電荷）開(kāi)始捕獲電子（帶一個(gè)負(fù)電荷）。在這個(gè)臨界值上，物質(zhì)呈中性，能量與光線能夠在宇宙中自由流動(dòng)。
>> 宇宙背景輻射是現(xiàn)代宇宙學(xué)的核心：它試圖描繪那些微小的變化，在不久的將來(lái)為我們提供關(guān)于早期宇宙性質(zhì)的最有用的信息。
>> 宇宙學(xué)家馬克斯·泰格馬克（Max Tegmark）博士甚至說(shuō)：“宇宙的微波背景對(duì)于宇宙學(xué)的重要性，就好比脫氧核糖核酸（DNA）對(duì)于生物學(xué)的重要性一樣。”
>> 大爆炸理論斷言早期宇宙主要由一些簡(jiǎn)單元素組成，尤其是氫（大約占76%）和少部分的氦（大約占24%）。這與今天我們觀測(cè)到的宇宙中元素的比率大致相似（雖然恒星內(nèi)部的反應(yīng)使得氫元素轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぴ?，現(xiàn)在氫元素的數(shù)量下降至大約71%，而所有物質(zhì)中的氦元素大約占到了28%）。
>> 林恩·馬古利斯和多里昂·薩根寫(xiě)道：“我們身體中所含氫元素的狀況反映了宇宙中氫元素的狀況?！?/span>
>> 通過(guò)特別精確的測(cè)量，可知在大爆炸中，氫元素還形成了少量的鋰元素。這些也明顯接近于大爆炸時(shí)元素構(gòu)成理論所斷言的數(shù)值。
>> 但是在90年代末，從研究遙遠(yuǎn)的Ia型超新星積累的證據(jù)表明，宇宙的膨脹速度并未在引力的影響之下減退，反而在逐漸增長(zhǎng)，
>> 意味著還有一些至今未知的力在不斷地起著作用，從大爆炸以來(lái)保持并推進(jìn)著宇宙膨脹的速度，但這種力極其微弱，根本察覺(jué)不到。這種力可能由“真空能”構(gòu)成，這是量子力學(xué)預(yù)言的一種力，它會(huì)朝引力相反的方向發(fā)生作用，驅(qū)使物質(zhì)與能量彼此分離，而不是將它們拉到一起。
>> 這個(gè)證據(jù)也許對(duì)大爆炸宇宙學(xué)是一次嚴(yán)重打擊。另一方面，它意想不到地解決了暗物質(zhì)問(wèn)題，因?yàn)檎婵漳芫拖褚磺械哪芰恳粯泳哂匈|(zhì)量，這可以解釋天文學(xué)家一直在尋找的巨量的物質(zhì)。
>> 我們還是會(huì)認(rèn)真對(duì)待大爆炸理論，原因在于它與大多數(shù)現(xiàn)代天文學(xué)、粒子物理學(xué)的經(jīng)驗(yàn)性和理論性知識(shí)的組合相一致。
◆ 關(guān)于指數(shù)的注解
>> 氫原子的質(zhì)量可以寫(xiě)成指數(shù)形式為1.7×10-27千克。
>> 太陽(yáng)的質(zhì)量大約為2×1027噸，
>> 它包含大約1.2×1057個(gè)原子。宇宙包含大約1022顆恒星。粗略地估算宇宙中原子的數(shù)量，我們可以將這兩個(gè)數(shù)字相乘，即將二者的指數(shù)相加，得出1.2×1079個(gè)原子。
◆ 本章小結(jié)
>> 隨著宇宙不斷膨脹，它的溫度逐漸下降。物質(zhì)和反物質(zhì)彼此抵消，留下了極少量的殘余物質(zhì)。宇宙擺脫了早期那種強(qiáng)烈的不穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)了不同的實(shí)體——質(zhì)子、中子、光量子、電子——和不同的力，包括強(qiáng)作用力、弱作用力，以及引力和電磁力。
>> 幾百年之后，宇宙的溫度下降到質(zhì)子與電子能夠穩(wěn)固地結(jié)合成原子的程度，宇宙中的物質(zhì)電荷呈中性。其結(jié)果是，物質(zhì)和能量停止了它們之間不斷的相互作用，而放射線開(kāi)始在宇宙中自由地流動(dòng)。隨著宇宙的膨脹，射線溫度下降；如今作為宇宙的背景輻射我們能夠檢測(cè)到它。
◆ 第2章 星系和恒星的起源
>> 星系群（group）（通常直徑為幾百萬(wàn)光年，擁有大約20個(gè)星系）和星系團(tuán)（cluster）（最寬為2000萬(wàn)光年，包含著幾百個(gè)甚至幾千個(gè)星系）。星系群和星系團(tuán)由于引力的作用而聚集在一起。
>> 超星系團(tuán)（supercluster，最高寬度達(dá)1億光年，大約擁有1萬(wàn)個(gè)星系
>> 最近人們已經(jīng)清楚，即便超星系團(tuán)在宇宙的歷史中也僅僅是一個(gè)小角色。這意味著絕大部分的宇宙物質(zhì)（90%或更多）是無(wú)法觀測(cè)的，這些物質(zhì)［稱之為暗物質(zhì)（dark matter）恰如其分］的確切性質(zhì)至今還是一個(gè)謎。
>> 太陽(yáng)位于銀河系的一條臂上，距離其中心大約為27000光年。星云塵埃遮蔽我們的視野，因此看不清銀河系的中心。選自尼科斯·普蘭佐斯：《我們宇宙的未來(lái)：人類在宇宙中的命運(yùn)》（劍橋：劍橋大學(xué)出版社，2000年），第97頁(yè)
◆ 早期宇宙和最初的星系
>> 大爆炸將能量與物質(zhì)分離，引力又將它們重新聚集。牛頓認(rèn)為任何形式的物體都會(huì)對(duì)所有其他形式的物體產(chǎn)生某種引力。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，引力之所以發(fā)生作用是由于巨大物體能夠使時(shí)空發(fā)生彎曲。他進(jìn)一步指出，引力能夠?qū)δ芰亢臀镔|(zhì)產(chǎn)生相同的作用。
>> 愛(ài)因斯坦早就證明了物質(zhì)實(shí)質(zhì)上就是凝固的能量。他又進(jìn)一步巧妙地論證，證明引力能夠像彎曲物體一樣彎曲能量。
>> 1919年的一次日食中，愛(ài)因斯坦的預(yù)言受到檢驗(yàn)，其結(jié)果很令人吃驚，他的理論被證明是正確的。
>> 引力對(duì)物質(zhì)和能量同時(shí)施加作用，從而造就了宇宙的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。
>> 牛頓指出，引力可以在很大范圍內(nèi)發(fā)生作用，但是距離越近，引力作用越強(qiáng)。準(zhǔn)確地說(shuō)，兩個(gè)物體之間的引力與它們的質(zhì)量（的平方）成正比，與它們之間的距離（的平方）成反比。
>> 這意味著引力能夠使原本兩個(gè)結(jié)合得很緊密的物體更加緊密，而對(duì)相距較遠(yuǎn)的物體影響甚小。
>> 引力對(duì)物質(zhì)的塑造，其效果要比對(duì)能量的塑造更加明顯。
>> 宇宙早期以及星系和恒星的大部分歷史，可以被認(rèn)為是大爆炸所產(chǎn)生的使宇宙膨脹的力量和使宇宙重新聚合的引力之間相互作用的產(chǎn)物。在這兩種力之間存在著不穩(wěn)定的、動(dòng)態(tài)的平衡，膨脹力在大范圍內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而引力則在較小的范圍內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)（最多不超過(guò)星系團(tuán)層次）。
>> 大爆炸之后的10億年中，引力造就了許多由氫元素和氦元素構(gòu)成的巨大星云。這些星云可能有幾個(gè)星系團(tuán)那么大，它們自身所產(chǎn)生的引力完全抵消了宇宙的膨脹。在更大范圍內(nèi)，大爆炸所產(chǎn)生的膨脹力仍居于統(tǒng)治地位，因此這些巨大星云之間的距離隨著時(shí)間的流逝而不斷增加。
>> 當(dāng)溫度上升到1000萬(wàn)攝氏度時(shí)，一對(duì)氫原子就會(huì)融合為一個(gè)擁有兩個(gè)質(zhì)子的氦原子。這種核反應(yīng)被稱為核聚變（fusion），也就是氫彈中心區(qū)域所發(fā)生的反應(yīng)。
>> 根據(jù)愛(ài)因斯坦的公式E=mc2，當(dāng)氫原子聚變?yōu)楹ぴ訒r(shí)，極少的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了巨大的能量，其釋放的能量等于物質(zhì)的質(zhì)量乘以光速的平方。
>> 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，所有的復(fù)雜實(shí)體最終都將消亡，但是，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，其幸存的可能性就越大，這也是恒星的壽命比人類長(zhǎng)得多的原因
>> 最早的恒星可能是在相對(duì)不成形的氣態(tài)星云的混沌和迅速崩塌中形成的。它們的軌道不規(guī)則，而且缺乏比氫和氦——它們形成之際僅有的元素——更重的元素，我們今天因而能夠測(cè)定其年齡。
>> 我們的太陽(yáng)以每小時(shí)80萬(wàn)千米的速度，大約每2.25億年圍繞銀河系中心運(yùn)行一周。
◆ 宇宙學(xué)巡禮：黑洞、類星體和暗物質(zhì)
>> 引力將物質(zhì)和能量擠壓到幾乎不復(fù)存在，從而形成黑洞（black hole）。
>> 黑洞的空間區(qū)域十分致密，以至于任何物質(zhì)和能量，甚至連光都不能逃脫其引力的作用。
>> 黑洞的密度如此巨大，假如要把我們的地球變成黑洞，那必須把它壓縮成一個(gè)直徑1.76厘米的圓球。
>> 類星體是由黑洞以及恒星食物組成的。
>> 這些數(shù)量巨大的物質(zhì)究竟是由什么構(gòu)成的？
>> 第一種，這些物質(zhì)是由微小的粒子組成的，每個(gè)粒子甚至比電子都小許多，但總體卻要比其他形式的物質(zhì)更重。它們被稱為“弱相互作用大質(zhì)量粒子（從某種意義而言它們也有著一定的質(zhì)量）”，簡(jiǎn)稱WIMP。
>> 另一種答案是，也許有許多我們看不見(jiàn)的巨大物體，因?yàn)樗鼈儾⒉话l(fā)光，或者不能釋放其他形式的射線。它們可能是由恒星的殘骸或是行星狀物體組成的，被稱為“暈族大質(zhì)量致密天體”，簡(jiǎn)稱MACHO。
>> 第三種說(shuō)法，這對(duì)于暗物質(zhì)問(wèn)題或許是一個(gè)很簡(jiǎn)潔的答案：暗物質(zhì)可能實(shí)際上就是暗能量（dark energy）。
>> 大約70%的宇宙物質(zhì)/能量是由所謂的真空能（vacuum energy）所構(gòu)成的，它們發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)90年代晚期，這種能量加快了宇宙的膨脹速度。
139個(gè)想法
◆ 恒星的生與死
>> 恒星最重要的單一特征乃是它們的體積，或者是恒星形成之前的原始物質(zhì)星云的體積。體積決定恒星的許多特征，包括它的亮度、溫度、顏色，以及它的壽命。
>> 大多數(shù)恒星的體積在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于太陽(yáng)到太陽(yáng)的8倍之間，而剩下的則是太陽(yáng)的8—60倍。
>> 星云胚胎中物質(zhì)的總量決定了星云的引力、收縮速度，以及星云中心的密度和熱度。新星中心的熱度決定了它燃盡所有可用燃料的速度。因此，體積大的恒星比體積小的恒星溫度更高
>> 大部分恒星，就像我們的太陽(yáng)一樣，比巨型恒星燃燒得更為緩慢。但最終它們都會(huì)消耗掉全部氫元素，屆時(shí)其內(nèi)核將充滿氦元素。
>> 如果恒星足夠大的話，最初的塌陷可以使內(nèi)核的溫度上升到1億攝氏度。達(dá)到這一溫度之后，以氦為燃料的聚變反應(yīng)又開(kāi)始了。但與氫聚變相比，氦聚變反應(yīng)只能將很少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，因此并不能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。
>> 在此過(guò)程中，每一次反應(yīng)都需要比前一次更高的溫度，許多新的元素誕生了，其中最為豐富的是碳、氧和氮。例如，我們的太陽(yáng)將連續(xù)發(fā)生這樣的情形，直到開(kāi)始產(chǎn)生碳元素為止，
>> 就這樣，逐漸衰老的恒星產(chǎn)生了許多元素周期表中位置靠前的元素；體積最大的恒星，在它們生命的最后階段可以形成鐵元素（原子序列號(hào)為26），這一創(chuàng)造過(guò)程所需的溫度在40億——60億度之間。
>> 聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的新元素序列直到鐵元素才告終結(jié)。
>> 當(dāng)燃料耗盡，小型和中型恒星開(kāi)始變冷，最終成為熄滅的恒星，稱為白矮星。白矮星密度很大，體積與地球相仿。
>> 一顆超新星爆炸所產(chǎn)生的巨大能量與閃光，相當(dāng)于1000億顆恒星或整個(gè)星系，并且可以持續(xù)好幾個(gè)星期。體積不超過(guò)太陽(yáng)30倍的原始恒星，塌陷之后會(huì)形成中子星（neutron star）。在這種天體內(nèi)，原子被緊緊壓在一起，導(dǎo)致電子與質(zhì)子融合并形成中子。中子星上相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)，
>> 實(shí)際上，在極端的時(shí)間內(nèi)，超新星爆炸可以制造出元素周期表中一直到鈾為止的所有元素。
>> 在這場(chǎng)星系級(jí)煉金術(shù)的過(guò)程中，產(chǎn)生的氧元素最多，其次是少量的氖、鎂和硅，這些都是恒星際空間里最常見(jiàn)的重元素。
>> 恒星的衰亡是地球生命故事中必不可少的一個(gè)章節(jié)，因?yàn)楹阈遣粌H創(chuàng)造了形成我們這個(gè)世界的原材料，也創(chuàng)造了能使生物圈得以存在所必需的能量。
>> 構(gòu)成我們這個(gè)世界的化學(xué)物質(zhì)，分別形成于三個(gè)不同的場(chǎng)所：大爆炸產(chǎn)生了氫元素與氦元素，而從碳（原子序列號(hào)為6）到鐵（原子序列號(hào)為26）的大部分元素是在中型和大型的恒星內(nèi)部逐漸形成的，其他元素則形成于超新星的內(nèi)部。
>> 推動(dòng)生物圈的能量在很大程度上也源自恒星。太陽(yáng)光是地球能源最重要的來(lái)源之一。
>> 地球許多重要的發(fā)展進(jìn)程都是由地球內(nèi)部的熱引擎所推動(dòng)的，而地球的熱量一部分源自太陽(yáng)形成的過(guò)程，一部分則來(lái)自超新星所產(chǎn)生的放射性元素。
◆ 太陽(yáng)的形成
>> 在形成太陽(yáng)的星云中，原始?xì)怏w占98%（大約72%為氫氣，27%為氦氣）。
>> 但其中還有許多其他的元素，包括碳、氮、氧（這些元素占宇宙所有物質(zhì)的1.4%），以及鐵、鎂、硅、硫和氖（這些元素占據(jù)剩下的0.5%）。
>> 太陽(yáng)的許多特征是由它的體積決定的。它是一顆黃色的恒星（光譜類型為G2），這意味著太陽(yáng)屬于中等亮度的恒星。
>> 它大致形成于46億年前，還將存在40億——50億年的時(shí)間。迄今為止太陽(yáng)的年齡是宇宙的1/3，它已走過(guò)了自身生命周期的一半。
>> 核爆炸使得氫原子聚變?yōu)楹ぴ?，并釋放出大量的輻射能。聚變反?yīng)產(chǎn)生以光子形式存在的能量，這些光子要從太陽(yáng)致密的內(nèi)核掙扎而出，到達(dá)表面，需要花費(fèi)100萬(wàn)年的時(shí)間。太陽(yáng)的表面溫度降低為6000攝氏度。能量從太陽(yáng)表面向外輻射，遍及整個(gè)太陽(yáng)系，直至太空深處。光子一旦到達(dá)太陽(yáng)表面，即開(kāi)始以光速運(yùn)動(dòng)。光子用100萬(wàn)年的時(shí)間努力穿越亞原子微粒（subatomic particle）的堵塞之后，僅用8分鐘即可抵達(dá)1.5億千米之外的地球。
◆ 宇宙的范圍
>> 我們的地球在宇宙中所處的位置并不是任意的。我們之所以能夠存在，只是因?yàn)槲覀兲幱谝粋€(gè)非典型的區(qū)域。絕大多數(shù)的空間還是真空狀態(tài)，而且十分寒6冷。
>> 我們的地球處于星系中物質(zhì)較為豐富的區(qū)域，在這個(gè)巨大的星系內(nèi)超新星產(chǎn)生了許多種元素。在這個(gè)星系中，我們居住在由一顆恒星所形成的區(qū)域內(nèi)，距離那顆成年恒星很近。甚至在星系最為致密的地方，即圓盤(pán)處，真空區(qū)域通常每立方分子大約只含有一個(gè)原子。但在地球的大氣層，在同樣大小的空間內(nèi)也許會(huì)有2500億億個(gè)分子。[插圖]而輸送這些物質(zhì)的是太陽(yáng)每一秒鐘所釋放出來(lái)的能量。
◆ 第3章 地球的起源和歷史
>> 在恒星形成的過(guò)程中，盡管引力并不是唯一活躍的作用力，卻在總體上支配著整個(gè)過(guò)程。
◆ 太陽(yáng)系
>> 太陽(yáng)包含了太陽(yáng)系中大約99.9%的物質(zhì)。
>> 太陽(yáng)的形成經(jīng)歷了大約10萬(wàn)年，巨大的引力把太陽(yáng)星云內(nèi)的絕大部分物質(zhì)拉到了中心。但是由于離心力的作用，一些塵埃和氣體在一定的距離上環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行，就像大型氣態(tài)行星如土星、木星、天王星和海王星的行星環(huán)一樣。
>> 太陽(yáng)星云幾乎全由氫元素和氦元素組成（約占其質(zhì)量的98%），剩余的一小部分為其他元素。
>> 在太陽(yáng)形成之后大約10萬(wàn)年，新形成的太陽(yáng)向內(nèi)側(cè)軌道噴射殘留的氣體和塵埃，被稱為金牛座T型星風(fēng)（T Tauri wind）。
>> 近日行星（水星、金星、地球、火星和小行星）主要由硅酸鹽（硅和氧的化合物）、金屬和被引力所固定的氣體構(gòu)成。
>> 例如地球，它由氧（近50%）和少量的鐵（19%）、硅（14%）、鎂（12.5%），以及其他多種化學(xué)元素組成的。
>> 在宇宙范圍內(nèi)雖然與眾不同，但并非絕無(wú)僅有。僅在銀河系內(nèi)，理論上存在生命的行星系統(tǒng)就可能數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。
◆ 早期地球：熔融及冷卻
>> 月球沒(méi)有大氣層，其表面未被腐蝕，因此保留了早期歷史的痕跡。在月球表面，深深地烙下了數(shù)百萬(wàn)顆流星撞擊的痕跡，在晴朗的夜晚，甚至可以用肉眼看到。在地球的早期，大約也經(jīng)歷了10億年這樣劇烈的撞擊過(guò)程，直到地球?qū)⒆约很壍乐械钠渌镔|(zhì)全部清除干凈。
>> 在太陽(yáng)系形成4000萬(wàn)年后，大部分偏重的金屬元素，比如鐵和鎳，像熾熱的淤泥一般陷入地心，這樣就形成了一個(gè)以鐵元素為主的地核。這個(gè)金屬的地核使地球產(chǎn)生特有的磁場(chǎng)。
>> 磁場(chǎng)起到至關(guān)重要的作用：它可以使來(lái)自太空的高能粒子偏轉(zhuǎn)方向，以確保最終產(chǎn)生生命的精密化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行。
>> 密度較高的硅化物形成了地核與地殼之間大約厚達(dá)3000千米的地幔。
>> 這些被稱為花崗巖的較輕物質(zhì)，形成了大約35千米厚的大陸地殼。
>> 最輕的物質(zhì)，包括氫氣與氦氣，從地球內(nèi)部冒向表面。
>> 它們包括氫、氦、甲烷、水蒸氣、氮、氨氣和硫化氫。其他物質(zhì)，包括大量的水蒸氣，是彗星撞擊所帶來(lái)的。
>> 大部分的氫和氦逃逸了，但當(dāng)?shù)厍蛲耆纬蓵r(shí)，它還是大到足以用引力場(chǎng)保留住剩余的氣體，從而形成地球第一個(gè)穩(wěn)定的大氣層。
>> 最早的海洋在35億年前形成，因?yàn)槲覀冎滥菚r(shí)已經(jīng)有活的有機(jī)體存在；
>> 海洋溶解了大氣中的二氧化碳，人們所看到的天空漸漸變成了藍(lán)色。
>> 地表的液態(tài)水對(duì)我們而言具有十分重要的意義，這意味著地球的溫度已經(jīng)適宜于構(gòu)成最早生命形式的復(fù)雜而脆弱的分子的出現(xiàn)
>> 早期地球大氣中的許多成分（包括其中大部分的水），以及形成生命最初形式的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，可能是地球歷史上第一個(gè)10億年中彗星撞擊所帶來(lái)的。
◆ 早期地球的證據(jù)
>> 可以利用震波，即地震產(chǎn)生的震動(dòng)，來(lái)斷定那里有什么。有三種震波：主波、次波和表面波。每一種波都有不同的移動(dòng)速度，在通過(guò)不同物質(zhì)時(shí)受到的影響也不同。所以，通過(guò)分析不同震波到達(dá)地表的速度，可以知道大量有關(guān)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況。
>> 地球上最古老的、能夠確定年代的巖石（來(lái)自格陵蘭島）年齡大約在38億年，這是地球形成大約8億年之后。
◆ 現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的起源
>> 直到20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)了射線活動(dòng)，居里夫人發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)能夠產(chǎn)生熱量，人們才認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)和地球自身就擁有熱量源。
◆ 魏格納和現(xiàn)代板塊構(gòu)造論
>> 魏格納依據(jù)大量證據(jù)證明，所有的大陸曾經(jīng)是聚合在一起的。
>> 現(xiàn)代板塊構(gòu)造論起源于第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。新的戰(zhàn)爭(zhēng)形式推動(dòng)了探測(cè)潛艇的聲吶技術(shù)的發(fā)展。
>> 其中之一便是有一條海底山脈，穿越大西洋中央，也穿越了其他海洋。海嶺中央是火山鏈，噴涌而出的熔巖堆積在兩旁的海床上。
>> 正是地球內(nèi)部的熱量，為板塊的移動(dòng)提供了所需的能量。熱量產(chǎn)生于地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)，而這些物質(zhì)又形成于太陽(yáng)系誕生之前的超新星大爆炸。
◆ 地球和大氣層的簡(jiǎn)史
>> 地球歷史上的冥古宙從45.6億年前地球形成之際開(kāi)始，延續(xù)了6億年左右。
>> 在這個(gè)時(shí)期，地表溫度很高、火山活動(dòng)頻繁，極不穩(wěn)定，同時(shí)它還不得不忍受彗星以及其他當(dāng)時(shí)還幸存的小行星的持續(xù)撞擊。
>> 大約38億年前，地質(zhì)學(xué)家稱之為太古宙的時(shí)期開(kāi)始了
>> 當(dāng)時(shí)的地球大氣層主要由二氧化碳、氮?dú)夂椭饕慑缧菐?lái)的硫化氫組成。幾乎沒(méi)有氧氣，因?yàn)檠醴浅Ｈ菀着c其他元素發(fā)生反應(yīng)而形成化合物。
>> 大約2.5億年前，大多數(shù)的大陸板塊聚合成一塊被魏格納命名為“泛古陸”的超級(jí)大陸。它被名為“泛古洋”的浩瀚大海所圍繞。
>> 大約2億年前，泛古陸分裂為兩大塊陸地。北面是勞亞古大陸（Laurasia），包括今天亞洲、歐洲和北美洲的大部分地區(qū)；南面為岡底瓦納大陸（Gondwanaland），包括今天南美洲、南極洲、非洲、澳大利亞和印度的大部分地區(qū)。隨后，勞亞古大陸和岡底瓦納大陸各自開(kāi)始分裂。
>> 最新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)證明，在泛古陸存在之前大約5億年，地球上曾有一塊更為古老的羅迪尼亞（Rodinia）超級(jí)大陸。
◆ 第4章 生命的起源及進(jìn)化論
>> 薛定諤指出：我們能夠像解釋物理學(xué)、化學(xué)那樣科學(xué)地解釋生命。
>> 像所有的復(fù)雜事物一樣，活的生物體控制著大量的能源與物質(zhì)流，所以它們一定具有某種新陳代謝的形式。它們吸收并排泄著能量與營(yíng)養(yǎng)。
>> 宇宙總體趨向于無(wú)序，因而生物所能夠達(dá)到的有序性就非常令人注目了。“在生物體的生命周期中所顯示的事件都表現(xiàn)出令人贊嘆的規(guī)律和秩序，這是我們所能見(jiàn)到的任何無(wú)生命的物體所根本無(wú)法比擬的?！?/div>
>> 薛定諤有一句名言，每一個(gè)生物體似乎都擁有令人吃驚的“不斷從它周圍環(huán)境中吸收秩序”的能力。
>> 恒星和行星可以存在數(shù)十億年，最長(zhǎng)壽的生物（至少就我們所知）也只能活幾千年，大多數(shù)只能存活幾天或幾年。最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)消亡如此之快，這也是生物處理超密集能量流的困難程度的一種衡量尺度：這正是生物頑強(qiáng)抵抗熱力學(xué)第二定律所付出的代價(jià)。
>> 在地球6億年的誕生過(guò)程中，生命的確出現(xiàn)了。
>> 與恒星或水晶這些普通的、無(wú)目的的負(fù)熵構(gòu)造不同，在與熵展開(kāi)更為靈活的游擊戰(zhàn)爭(zhēng)的過(guò)程中，生物體能夠不斷適應(yīng)新的地形以及新的挑戰(zhàn)。
>> 維持這些復(fù)雜實(shí)體的不同能源從何而來(lái)？答案很明確：最根本的源頭就是引力。我們知道，正是引力創(chuàng)造了恒星——密度和溫度極高的物體。
>> 生命形式主要是由控制原子運(yùn)動(dòng)的電磁力（electromagnetism）與核作用力（the nuclear forces）決定的。這些力決定了原子如何聚集又如何構(gòu)成更大、更復(fù)雜的分子。
>> 處理巨大的能量流是一項(xiàng)細(xì)致的工作，它需要極為精確的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造和再創(chuàng)造這種結(jié)構(gòu)的規(guī)則必然是復(fù)雜而精確的。
>> 高度精確的新陳代謝需要一個(gè)高度精確（但并不完美）的繁殖。這就是為什么像我們?nèi)祟愡@樣的大型活的生物體需要比細(xì)菌更多的遺傳學(xué)信息。
>> 從化學(xué)到生命的轉(zhuǎn)變是宇宙史上的一個(gè)巨大轉(zhuǎn)變。按照精確的新藍(lán)圖所復(fù)制的復(fù)雜生物體引入了一種歷史變遷的新類型
>> 要了解生物，我們就需要一個(gè)新的范式，一個(gè)能帶領(lǐng)我們超越核物理學(xué)、化學(xué)或地質(zhì)學(xué)規(guī)則，而進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域的范式。
◆ 達(dá)爾文和進(jìn)化論
>> 現(xiàn)代科學(xué)試圖把生命的誕生解釋為各種無(wú)生命的力與過(guò)程所造成的結(jié)果，正如它對(duì)太陽(yáng)和地球的形成所做出的解釋一樣。
>> 現(xiàn)代生物學(xué)用以解釋生命起源和發(fā)展的基本觀點(diǎn)就是通過(guò)“自然選擇”（natural selection）而展開(kāi)的“進(jìn)化”（evolution）。該理論由查爾斯·達(dá)爾文于1859年在他的著作《物種起源》中第一次做了系統(tǒng)闡述。
>> 他認(rèn)為生物的變化是一個(gè)開(kāi)放性的過(guò)程。
>> 一個(gè)物種就是一大批個(gè)體生物，它們彼此有足夠的相似性而能夠雜交，但相互之間又不完全相同。物種是根據(jù)這些個(gè)體生物所共有的特征，而不是它們之間微小的差異而定義的。
>> 達(dá)爾文認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，最有可能得以存活和繁殖的是這樣一些個(gè)體，它們幸運(yùn)地繼承了其父輩能夠稍稍更好地適應(yīng)周圍環(huán)境的特征。接著，它們會(huì)把這些相同的特征遺傳給后代。
◆ 現(xiàn)代進(jìn)化論的起源
>> 能夠繁衍的個(gè)體與不能繁衍的個(gè)體之間有什么差別？達(dá)爾文認(rèn)為答案就是“適應(yīng)性”（fitness）。
>> 在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，那些幸存下來(lái)并繁衍出健康后代的個(gè)體比未能存活和繁衍的個(gè)體要略微健康一些。它們之所以能夠繁衍后代，就是因?yàn)樗鼈兘】?，可以生存得更為長(zhǎng)久，并且有健康的配偶。
>> 個(gè)體與其父母的差異是細(xì)微的，但是這種差異本質(zhì)上是隨機(jī)的。不管怎樣，它們不是“試圖”去適應(yīng)?！斑M(jìn)化”的不是個(gè)體，而是物種的總體特征。
>> 因?yàn)槿魏挝锓N的許多個(gè)體，周期性誕生，但是其中只有少數(shù)能夠存活。我把每一個(gè)有用的微小變異得以保存下來(lái)的這一原理稱為“自然選擇”。
◆ 通過(guò)自然選擇進(jìn)化的證據(jù)
>> 一些化石看起來(lái)的確是現(xiàn)存動(dòng)物類型的中間物種。其中最有名的化石就是生活在1.5億年前的始祖鳥(niǎo)，一種像鳥(niǎo)一樣的恐龍。始祖鳥(niǎo)的樣子看起來(lái)既像是爬行動(dòng)物，又像是鳥(niǎo)類。第一個(gè)化石樣本于1862年被發(fā)現(xiàn)，
>> 達(dá)爾文理論如今之所以被廣泛接受，是因?yàn)樵?0世紀(jì)可以直接觀察到進(jìn)化的作用。研究像果蠅這一類繁殖很快的小物種，是最容易觀察到進(jìn)化的過(guò)程的。新形式細(xì)菌出現(xiàn)以回應(yīng)抗生素的使用，我們也可以從中看到進(jìn)化的作用
>> 與達(dá)爾文同時(shí)代的格里格·孟德?tīng)枺℅regor Mendel）早就指出了遺傳的基本原理，他指出，盡管有性繁殖的生物從雙親那里遺傳了特性（或者說(shuō)是基因），但這種遺傳處在一種分散的狀態(tài)——一些特性從父系這里遺傳，另一些特性則從母系這里遺傳。
>> 我們還確切地了解了基因是怎樣一代代遺傳下去的。脫氧核糖核酸即DNA，將遺傳信息從生物體極精確地傳遞給它們的后代，因此物種具有極大的穩(wěn)定性。
>> 當(dāng)脫氧核糖核酸在復(fù)制自己的時(shí)候，平均在每十億個(gè)遺傳信息中可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，其概率相當(dāng)于一名打字員在輸入50萬(wàn)頁(yè)文字中出現(xiàn)一處錯(cuò)誤。
>> 現(xiàn)代微生物學(xué)還證實(shí)了達(dá)爾文的另一個(gè)基于直覺(jué)的想法：地球上所有的生物體都是有聯(lián)系的。
>> 所有活的生物體，從最簡(jiǎn)單的細(xì)菌到最大型的現(xiàn)代哺乳動(dòng)物，都包含使用同樣基本化學(xué)過(guò)程和途徑的細(xì)胞，而且它們都使用相同的遺傳密碼。
◆ 地球生命的起源
>> 在17世紀(jì)，通過(guò)使用最新發(fā)明的顯微鏡，研究證明空氣中充滿微小生物，
>> 所有的生物都是以有機(jī)分子為基礎(chǔ)的——也就是說(shuō)，這些分子的主要成分是碳。因?yàn)樘荚啬芤詮?fù)雜的方式結(jié)合在一起，它可以形成比其他任何元素都要復(fù)雜且有著較大差異的分子。
>> 水晶，它們自身保持著穩(wěn)態(tài)且會(huì)生長(zhǎng)出新的水晶體。當(dāng)水晶生長(zhǎng)之際，那些繁殖出最穩(wěn)定的“后代”（也就是說(shuō)這些后代最能適應(yīng)周圍的環(huán)境）的化學(xué)物質(zhì)，要比后代不能很好存活的化學(xué)物質(zhì)生長(zhǎng)得更為迅速。
>> 化學(xué)進(jìn)化是如何產(chǎn)生最早的活的生物體的？必須把問(wèn)題分成幾個(gè)層面。首先，我們需要解釋生命的基本原材料如何生成：這是化學(xué)的層面；其次，我們需要進(jìn)一步解釋這些簡(jiǎn)單的有機(jī)物怎樣聚合成更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；最后，我們還需要解釋在所有生物中都存在的脫氧核糖核酸（DNA）精確繁殖機(jī)制編碼的起源。
>> 生物大多由碳和氫構(gòu)成，由于碳元素極具活性，所以是最關(guān)鍵的。再加上氫、氮、氧、磷以及硫，這些成分總共占了生物凈重的99%。
>> 事實(shí)證明，只要條件適宜，這些化學(xué)物質(zhì)充足，就很容易制造出簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，其中包括氨基酸（合成蛋白質(zhì)的材料，所有生物的基本結(jié)構(gòu)材料）與核苷（合成遺傳密碼的材料）。
>> 今天的大氣中含有大量的自由氧，對(duì)于有機(jī)分子而言這是一個(gè)極為惡劣的環(huán)境。氧是很活潑的元素，當(dāng)它起反應(yīng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生熱量（我們通常都會(huì)意識(shí)到它在火災(zāi)中的破壞力）。
>> 奧巴林和霍爾丹指出，在早期地球的大氣中幾乎不存在自由氧。也許生命是在寒武紀(jì)之前，在一個(gè)沒(méi)有氧氣的大氣中出現(xiàn)的，如此就確保了簡(jiǎn)單的有機(jī)分子長(zhǎng)期生存，使得化學(xué)進(jìn)化所必需的復(fù)雜而緩慢運(yùn)動(dòng)的化學(xué)過(guò)程得以發(fā)生。
>> 美國(guó)科學(xué)家哈羅德·尤里（Harold Urey）和他的研究生斯坦利·米勒（Stanley Miller）所做的一項(xiàng)十分著名卻又特別簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)所證明。他們?cè)谝粋€(gè)巨大的密封曲頸瓶中注入甲烷、水和氨，制造了這樣一個(gè)早期大氣的模型。然后，加熱混合劑，用通電的方式輸入一些自由能量，來(lái)模擬早期地球上空必然存在的閃電。7天之后，他們?cè)谇i瓶中發(fā)現(xiàn)了暗紅色的軟泥。其中包含20種最重要的氨基酸中的若干種。氨基酸是簡(jiǎn)單的有機(jī)分子（大約由20—40種原子構(gòu)成），它們以不同的模式鏈接在一起，形成在有機(jī)物及所有生物結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的蛋白質(zhì)。
>> 在所有這些理論中，水扮演了至關(guān)重要的角色。氨基酸和核苷一旦形成，只要它們?cè)谒铮谀撤N程度上就能得到保護(hù)。
>> 2001年，在被研究者形容為海床上“消失的城市”的一大片區(qū)域里，也發(fā)現(xiàn)有原始細(xì)菌。在那里，熱量并不是由火山活動(dòng)產(chǎn)生的，而是來(lái)自一種名為橄欖石（olivine）的綠色巖石與海水之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。
>> 所有現(xiàn)代生命形式的關(guān)鍵似乎就是核苷的分工問(wèn)題，核苷儲(chǔ)存并閱讀制造有機(jī)物（基因組）的指令，而蛋白質(zhì)則運(yùn)用這些指令構(gòu)成一個(gè)生物體。大體而言，核苷操縱復(fù)制的過(guò)程，而蛋白質(zhì)掌控新陳代謝。
>> 當(dāng)今（除一些病毒以外）一切生物遺傳密碼的關(guān)鍵就是脫氧核糖核酸，它是一種極其復(fù)雜的分子，包含數(shù)十億個(gè)原子。如果解開(kāi)人類的一個(gè)脫氧核糖核酸分子，其長(zhǎng)度將近2米。脫氧核糖核酸的原子以很精確的模式排列在一起，就像一份軟件那樣，包含創(chuàng)造一個(gè)生物所需的全部信息。
>> 在生命中核糖核酸扮演雙重角色；它能自行繁殖，并提供一整套繁殖的指令。它既是硬件也是軟件。
>> 那些至今在現(xiàn)代細(xì)胞中還在發(fā)生的各種新陳代謝過(guò)程的不斷進(jìn)化。其中一個(gè)至今仍然存在于所有生物之中的新陳代謝過(guò)程，便是在一個(gè)被稱為ATP（三磷酸腺甙）的分子內(nèi)儲(chǔ)存能量。
◆ 第5章 生命和生物圈的進(jìn)化
>> 生物復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)的歷史，可以概括成一系列的重大轉(zhuǎn)型。其中包括生命本身的起源、真核細(xì)胞的出現(xiàn)、有性繁殖，一如我們自己這種多細(xì)胞生物體的形成，以及形成社會(huì)團(tuán)體的多種生物體的出現(xiàn)。
>> 我們?cè)瓉?lái)以為，構(gòu)成人體必須有6萬(wàn)到8萬(wàn)個(gè)基因，但是事實(shí)并不如此，我們只達(dá)到這個(gè)數(shù)目的一半，大約為3萬(wàn)個(gè)左右。圓蟲(chóng)有我們基因數(shù)目的2/3（大約1.9萬(wàn)），果蠅恰好有我們基因數(shù)目的一半（大約1.3萬(wàn)），甚至埃希氏菌屬的大腸桿菌，一種居住于我們內(nèi)臟中的細(xì)菌，其基因數(shù)目也有4000個(gè)之多。
◆ 太古宙：細(xì)菌的年代
>> 大約38億年前，因?yàn)檫@一時(shí)期的格陵蘭島礁石包含有通常與生命的出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的C12同位素層。35億年前生命的存在則是肯定的，這一時(shí)期南非和澳大利亞西部的巖石似乎含有類似現(xiàn)代藻青菌（藍(lán)青藻）的細(xì)菌的微化石。
>> 藻青菌細(xì)胞含有葉綠素分子，它們能夠通過(guò)被稱為光合作用的基本化學(xué)反應(yīng)而加工陽(yáng)光。
>> 分子是由原子通過(guò)化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)組成的。然而，創(chuàng)造化學(xué)鍵需要能量，而化學(xué)鍵的破壞也能夠釋放能量。因而，化學(xué)鍵可被視作能量?jī)?chǔ)藏器?；畹纳矬w通過(guò)破壞化學(xué)鍵獲得儲(chǔ)藏在有機(jī)分子如葡萄糖中的能量。
>> 破壞化學(xué)鍵同樣需要能量，訣竅在于破壞了這個(gè)化學(xué)鍵后所釋放的能量要大于破壞所用的能量。這就是酶的工作。
◆ 元古宙：復(fù)雜性的新形式
>> 早期形式的光合作用是將硫化氫中的氫分解出來(lái)以儲(chǔ)存來(lái)自日光的能量。
>> 最初，自由氧很快通過(guò)化學(xué)反應(yīng)被再吸收，例如包圍鐵外層的鐵銹（元古宙大量鐵銹的出現(xiàn)是我們獲知當(dāng)時(shí)自由氧不斷增加的原因之一）。
>> 大約25億年前開(kāi)始，自由氧產(chǎn)生得太快，以至難以通過(guò)這種方式被吸收，大氣層中便開(kāi)始出現(xiàn)氧氣。大約到20億年前，自由氧約占大氣中氣體的3%；在最近的10億年里，這個(gè)數(shù)字上升到了21%。
>> 富氧大氣層的出現(xiàn)是地球生命史上最偉大的革命之一。
>> 直到20億年前，主宰地球的生命形式都是生活在海洋里的簡(jiǎn)單的、單細(xì)胞生物體。生物學(xué)家把這些生物體稱為原核生物。
>> 大多數(shù)原核生物都是微小的，大約只有0.001毫米——0.01毫米之間，而真核細(xì)胞通常要比它們大得多。大多數(shù)真核細(xì)胞在0.01毫米——0.1毫米之間
>> 真核細(xì)胞比原核生物包含了多得多的遺傳信息，并能夠獲得更多強(qiáng)大的能量來(lái)源，因而具備更多的新陳代謝技巧，并且能夠產(chǎn)生更復(fù)雜的生物體。
>> 真核細(xì)胞比原核生物擁有更具靈活性和適應(yīng)性的隔膜，而這種隔膜能使它們更為精確地與它們的環(huán)境交換能量、食品和糞便。真核細(xì)胞同時(shí)還有一個(gè)特殊的內(nèi)部容器，保護(hù)它們精致的遺傳機(jī)器——核子。
>> 真核細(xì)胞因而是第一個(gè)“多細(xì)胞”生物體。馬古利斯和薩根寫(xiě)道：“隨著真核細(xì)胞的出現(xiàn)，生命邁出了另外一步，超越了自由遺傳傳遞的網(wǎng)絡(luò)，而走向共生現(xiàn)象的協(xié)同作用。獨(dú)立的生物體相互混合，創(chuàng)造出比它們的總和還要大的新整體?！?/div>
>> 有性繁殖以及真核細(xì)胞生物體的出現(xiàn)被認(rèn)為是地球上生命歷史的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)之一。
◆ 寒武紀(jì)生命大爆發(fā)：從微觀世界到宏觀世界
>> 最早的多細(xì)胞生物體（與僅僅是生物體的集群，如疊層石等，大不相同）可能早在20億年前就逐漸形成了。[插圖]但是只在最近的10億年里才開(kāi)始變得普遍。
>> 最早的多細(xì)胞生物體化石的大量出現(xiàn)，可以追溯到大約5.9億年前的埃迪卡拉紀(jì)。
>> 相近的種集合為屬，相關(guān)的屬構(gòu)成科和超科，而超科以上分別為目、綱、門(mén)，最后是界和總界。
>> 就像所有的原核生物，原始細(xì)菌沒(méi)有核子，但是與原核生物不同的是，它們不是從日光和氧氣中，而是從其他化學(xué)成分中獲取能量。
>> 多細(xì)胞生物體很快就被分為三大界：植物（通過(guò)光合作用獲得能量的生物體）、動(dòng)物（消費(fèi)其他生物體的生物體）和霉菌（從外部消化其他生物體后，再?gòu)钠渲屑橙I(yíng)養(yǎng)的生物體）。
>> 奧陶紀(jì)時(shí)期（5.1億——4.4億年前）孢子化石的發(fā)現(xiàn)表明，植物是最早離開(kāi)海洋遷移到陸地的多細(xì)胞生物體。
>> 最初的產(chǎn)種子的樹(shù)出現(xiàn)在泥盆紀(jì)時(shí)期（4.1億——3.6億年前），它們形成了巨大的森林，現(xiàn)代煤炭?jī)?chǔ)備大多即來(lái)源于此。
>> 首先遷移到陸地上的可能是節(jié)肢動(dòng)物，有點(diǎn)兒像巨型昆蟲(chóng)。我們知道，節(jié)肢動(dòng)物的出現(xiàn)是在志留紀(jì)（4.4億——4.1億年前），其中包括類似于現(xiàn)代蝎子的動(dòng)物
>> 最早的脊椎動(dòng)物是在5.1億到4.4億年前的奧陶紀(jì)，由海洋中像軟體蟲(chóng)子一樣的祖先進(jìn)化而來(lái)。最早的脊椎動(dòng)物還包括早期魚(yú)類和鯊魚(yú)。
>> 所有的脊椎動(dòng)物都有脊柱、肢體和神經(jīng)系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)的部件集中于末端，即頭部。
>> 盡管最早的意識(shí)形式是在大海里進(jìn)化的，但意識(shí)卻在陸上頗為壯觀地繁榮起來(lái)了。
>> 脊椎動(dòng)物（即有脊梁骨的動(dòng)物）最早在泥盆紀(jì)后期遷移到陸地上來(lái)，而最早的陸地遷移可能始于志留紀(jì)。
>> “大滅絕”是指大約2.5億年前（二疊紀(jì)末期）的生物的大量滅絕，就像后來(lái)的白堊紀(jì)的生物滅絕一樣，它可能是由一顆巨大的小行星碰撞所引起的。
◆ 哺乳動(dòng)物和靈長(zhǎng)目動(dòng)物
>> 哺乳動(dòng)物最早出現(xiàn)在三疊紀(jì)，大約與最早的恐龍出現(xiàn)的時(shí)間相同。
>> 化石記錄表明，最早的人型總科動(dòng)物大約出現(xiàn)在2500萬(wàn)年前的非洲。
>> 分子斷代技術(shù)表明，大約500萬(wàn)年到700萬(wàn)年前，人亞科原人與大猩猩亞科的進(jìn)化序列分離?，F(xiàn)代人類是現(xiàn)存唯一的人亞科原人成員，但是這個(gè)群體還包括許多已經(jīng)滅絕了的物種，其中就有我們的直系祖先
◆ 進(jìn)化與地球的歷史：“蓋婭”
>> 大約600萬(wàn)年前，地中海成為一個(gè)半封閉式的內(nèi)海，封鎖了大約世界上海洋鹽分的6%。其余的海洋由于鹽的濃度較低，比較容易結(jié)冰，南極冰冠開(kāi)始迅速擴(kuò)張，造成全球溫度急劇下降。
◆ 本章小結(jié)
>> 大約從6億年前，一些細(xì)胞聚集在一起形成多細(xì)胞生物體，這是地球上最早的不用顯微鏡就可觀察到的生物體。自從寒武紀(jì)的生命大爆發(fā)后，樹(shù)、花、魚(yú)、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物、靈長(zhǎng)目動(dòng)物都進(jìn)化了。
2019.2.24
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