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如果地球上的生命完全消失，而生命诞生的条件依存，它会沿着同样的地球生命演化轨迹发展，注定演化出高智能的人类吗？地球生命的发生与演化，真的是可以进行如此简单的重复吗？
这是一篇命题作文，是受《科学画报》编辑之约而写作的。实话说，在编辑约稿之前，我从未认真思考过这个问题。编辑给的题目很具挑战性，因此我决定尝试一下。为了写作这篇文章，我还是花费了不少时间，刚开始不知道如何下笔，写了又删，多次反复之后，终于在一个上午一气呵成。今天收到了样刊，知道发表在本月出版的《科学画报》（第6期）深度栏目：如果地球上没有生命。
遐想生命消失的地球
If all life on the earth suddenly died
赵 斌
生命奇迹能否重演
在开始讨论这个有趣的话题之前，不得不强调一下，这只是一个人为假定的预案分析。在整个地球发展长河中，地球生命经历了无数次的灾难，但没有一次灾难是会导致地球生命完全消失的。如果不考虑星球毁灭之类的状况发生，在我们目前能想到的阻碍地球生命发展征途的所有可能中，似乎没有一种可能是会有这种潜力的。
那么，我们这里真正关注的是地球生命完全消失这个结果，至于是什么原因导致了这种消失，将不过分挖掘。而且，我们还必须强调，这里设定的预案是地球上除了失去了生命，其他环境条件，包括月球和太阳系其他行星的位置、质量和运行轨道都没有发生任何变化。甚至，地球上生命的消失也没有损失任何物质，生命所含的全部元素完整地转为成非生命物质而保留在地球上。
也就是说，我们这里所设定条件，就是想考察一下，如果让地球重新来过，那将会是怎样一种情形呢？
看到这里，也许有人会说，如果保留地球目前的物质基础和天体条件，在地球生命消失后，应该很快就会恢复到地球原有的生命状态，因为地球处于生命的宜居带，而且生命诞生的条件依然存在，它会沿着与目前地球生命演化几乎同样的轨迹发展，最终演化出高智能的人类。这似乎很快就回答了前面的问题：完全消失生命的地球，很快就会经历从无机物到有机物，再到生物大分子体系，并最终形成原始细胞发展出新的原始生命，开始新的生命演化历程，经过数亿或者数十亿年时间，恢复到类似如今生机勃勃的地球生物圈。
地球生命的发生与演化，真的是可以进行如此简单的重复吗？我们暂且认为，生命重新演化之路是行得通的。但是，生命的发生，从来不是单一解，也没有一根主线控制其明确的发展方向，生命现象就是在一个确定的物质世界中慢慢累积其不确定性结果而发展到现在的。因此，最终是否会发展到我们目前的生命形式和生态系统，其实是很难确定的。这其中将面临着千奇百怪的选择，经历不可捉摸的风险，碰到扭转乾坤的机遇。也就是说，如果让生命再重来一次的话，那么之后的生命世界是什么模样，其实并无定数。况且，经历了生命数十亿年改造的地球，与原始地球相比，不管是天体状况、大气成分，还是地表结构，都全然不同了，生命根本不可能沿着曾经的轨迹重来。不过，这里可以非常肯定的是，无论发展出何种生命形式，地球要让生命系统持续，生命世界与非生命世界之间的物质循环，以及系统本身维持着某种平衡是必须的，这就类似于我们当今所关注的生物地球化学循环和生态系统的动态平衡。
然而，实际的情况可能比这还要复杂得多。我们现在非常清楚，目前的生命地球，包括生命生存的许多必须条件，是生命与环境共同作用、共同进化的结果。从原始地球产生第一个生命开始，生命就开始改造地球。一个非生命的物质世界发展出生命，同时生命又改造环境，而这种改造对过渡阶段的生命本身可能又是有害的，但却为未来的生命演化做了准备。因此，生命就是在这样一步一步的发展中，逐步完成了地球环境的改造与生命的进化，环环相扣。如果我们逆着现存生命的发展历程来看，生命演化的任何一个环节都是不可或缺的，包括曾经在地球上发生的一切重大事件——哪怕是那些对生命世界本身来说看似轰轰烈烈具有摧残性的事件，也最终成为生命演化和当今生命存在的重要理由。
生命确实来之不易
阳光与氧气是目前地球上大多数生命生存的必要条件，但阳光曾经对地球的简单生命是有致死作用的，于是生命就进化出光合作用来吸收、转化光能，以保证生命体不被光能所杀死。光合作用产生的这种最初动力，居然是源于对生命的一种自我保护作用。这一作用产生了两个副产品，一是碳水化合物，一是氧气，这又为后来生物氧化供能机制的形成打下了基础。充满氧气的地球大气层，对当时的生命来说也是一场灾难，强烈的氧化作用对尚无完善的膜保护系统的生命是一种致死威胁。在数次生物大灭绝事件中，氧含量上升毁灭的物种比例很可能高居魁首。多亏生命世界进化出了三羧循环，通过氧化供能机制吃掉氧，把氧和碳水化合物变成二氧化碳和水。有了这个机制，单细胞生物才得以在有氧的环境下继续生存。地球上的生命由单细胞生物发展到多细胞生物共用去了30亿年的时间，其中由不耐受氧的单细胞进化到有抗氧能力的单细胞生物共用去20亿年。所以，如果抗氧机制，即三羧循环产生的概率减少50%的话，那么至今地球上可能仍处于单细胞生物时代。
也许，地球上整个的生命进化史似乎被耽误了很多时间，而大部分都是在海洋中以微生物的形态消磨的。真正大型生命的进化历程实际上是从5.3亿年前神奇的“寒武纪大爆发”才开始的，现代生物中所有的“门”一级的早期雏形奇迹般地在地球上同时出现了。这个令达尔文困惑不已的问题，吸引了众多科学家提出科学假说来试图解释这个问题。其中有一个假说，从生命构成的物质基础来探讨这个问题，颇有说服力：由于寒武纪海平面上升，淹没了很多陆地，促使大量陆地成为浅水区域，在阳光的照射下，海水侵蚀岩石，溶解养分，大量养分和钙质融入水中。然而，此时的动物并不能利用钙，因此钙也是一种毒素。为了“解毒”，海洋生物进化出新策略，将钙“吃掉”并积累起来“排出”在自己体外，形成外骨骼。同时，它们也渐渐学会了利用钙质来构造更强大的支撑系统——进化成脊椎，使得动物的运动速度更快，攻击和防御能力也得到了提高，导致了寒武纪生物多样性的大爆发。更为合理的一种解释是，正因为那个时候钙质成为生物体的一部分，才能在地层中保留其化石让如今的人们观察到，表观上呈现出纷繁复杂的生物类群。
看来，我们的生命世界是如此来之不易，能够发展到如今的地球生命，其实是险象环生的，充满了各种不确定性，如果失去了这各种机遇的精巧配合，我们的生命世界究竟在哪里？甚至可能在经历了一段时间的生命演化历程之后，由于某种条件不合适而偃旗息鼓导致最终夭折。也许宇宙中这样半途而废的星球很多，在达到如今的人类文明能观察和分析之前已经消失。因此，许多科学家认为，与其认为地球发展出生命是必然选择，不如理解这是一种巧合更为合理，地球生命的发生与发展实属一个小概率事件。更大的可能，地球会沿着另外一条非生命的轨迹而发展，这可能与我们如今看到的生命世界大相径庭了。按照非生命世界的线路来理解地球演化可能的状况是有一定根据的，因为宇宙中适合生命存在的宜居带其实并不缺乏，但人类目前发现的有类地生命形式存在的星球，也只有孤独的地球。因此，让地球生命消失重新来过的话，更大的可能是非生命的线路，而不是必然产生生命形式的路线。
地球的无生命图景
如果地球选择了非生命发展的线路，在生命消失之后，气候会迅速变得炎热干燥，尤其是大陆中心更是如此。因为在有森林和草原的地球中，它们起到了大型水泵的作用，不断从土壤中抽取水分并释放到大气中。有科学家推测：如果地球没有了植物，蒸腾作用所导致的泵吸过程停止，小循环降水迅速减少。同时，植物蒸腾作用因大量释放水分帮助地表降温的作用也消失，这个更加干燥的世界也会变得炎热。有科学家推测说，失去植物之后，亚马逊流域会急剧升温，升幅可高达8℃。氧气分子是非常活跃的，如果大气中没有了植物的光合作用源源补充，氧气就会逐渐被其他物质还原而消耗。氧气减少之后，呵护生命的臭氧层也无法维持，地球表面将遭受紫外线持续而猛烈的攻击。
这是在陆地上发生的故事，而在海洋中则有着另外一幅景象，但可能产生同样的后果，那就是改变大气的化学组成和气象条件，推动地球变得更热。海洋中如果没有浮游生物将海水中的碳存储到自己体内通过“生物泵”源源不断地沉入洋底，富含碳的深层水就会迅速与表层海水达到碳平衡，然后逸散到海洋表面而跑到大气中。有人估算，只需短短20年，大气中的二氧化碳便能因此而增长三倍——这足以使全球平均温度升高约5℃。随着全球气温升高，更多的海水将被蒸发，因此降雨量会增大，但这并不意味着所有的地方都会变得更加潮湿，多出来的雨量仍旧会落在今天的多雨地区，短期内，湿润的地方会更加湿润，沙漠则变得更为干燥。随之，极地冰盖也会迅速消融，海平面升高，大陆面积大幅度缩小。
也许有人会提出疑问，早期地球大气中也有丰富的二氧化碳，而且就是因为这些温室气体的存在，才防止地球被冻成一团，最终守住地球生命诞生的摇篮。但是，我们要知道，那个时候的太阳比现在暗淡约30%，之后才慢慢变亮。在现代如此炎热的太阳照耀下，二氧化碳的作用更有可能将地球环境推向极端。如果气温升高到一定的程度，大气中增加的水汽（一种更强的温室气体）就会引发失控的温室效应，推动更多的水汽进入大气层，形成恶性循环。在极端情况下，高温足以将海水全部蒸发，因此星球的表面温度最终可能会超过1000℃，最终变得更像它在太阳系中的“姊妹”金星。
大多数情况下，我们还是认为地球能维持其海洋的，否则这个故事的结局将变得一眼望到底了。前面提过，经过数十亿年生命改造的地球，地表结构全然不同了，集中体现在土壤和地貌两个方面。其实，失去生命之后的地表结构再称为“土壤”已经不妥了，因为土壤原本是由生物和非生物共同组成的复杂多相物质。失去了植物根系固定和土壤微生物呵护的土壤，很快就会变得干燥，与沙粒和粉尘无异，很快就会被雨水冲刷和大风卷走。这些被剥离的土壤大部分被河流携带至海洋，在携带过程中，河流本身的形态也会发生变化。原本有赖于植物根系固定的河岸将遭受侵蚀，河水将在地表肆无忌惮地漫延而不再是蜿蜒曲折。当这些曾经组成地表土壤的非生物物质被剥离完之后，在溪流和江河中就只有粗粝的沉积物和岩石了。失去了细水长流的土壤持水作用，任何降水都可能演变成短暂洪水，对基岩进行更深的切割。日积月累，入海的水道以及谷坡越来越陡峭，呈现出更加崎岖的地貌。另外，可以想象的是，当大量地表物质带入海洋后，也将抬高海平面，让原本因侵蚀而变少的陆地更加捉襟见肘。
也许大多数人会认为，地壳板块的作用是地球内在因素驱动的，与生命无关。但是，现在发现地球是目前已证实的唯一有俯冲带和板块运动的行星，也是唯一证实有生命的行星。那么，这只是一种巧合吗？有科学家认为，就是因为地球生命制造的精细黏土颗粒，才导致在俯冲带润滑板块，依靠岩石圈与软流圈之间的密度差造成俯冲作用而引起造山运动。如果生命终止，相信不久之后地壳的俯冲就会减慢，甚至让地球板块运动停止。这样曾经变得陡峭的地貌慢慢会被水流和风蚀等外营力作用再次夷为平地。
诚然，要对一个没有生命的地球做出预测，其实是不可能的。虽然我们做了上述预测，但如果细究起来，可能许多假设之间本身就是互为矛盾的。我们希望通过这样一个想象告诉世人，在这个经历了生命大冒险的星球上，所有现存的生命都是那么弥足珍贵的，且行且珍惜！
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