9.
從分子到心靈
在關於地球的生命起源的討論中，我們指出了生命可能起因於一種高分子的聚合作用：它是一個長鏈分子自發性形成的過程，可能發生在遭受著週期性冰凍或蒸發作用的池塘邊緣的顆粒狀黏土上。包括那些可以擔當模板來製造別種分子的高分子聚合體在內，他們是以滴狀的形態存在，並被其他的化合物包圍隔離。這種生命發展的模式，象徵著此種含有高分子聚合體的滴狀物，應該就是產生第一個真正細胞的“原細胞”。
原核生物
因為病毒無法單獨生存並且是由活細胞中進化而來，所以生物學家習慣說最簡單的生命有機體—在結構組織上是最不複雜的有機體—乃是最簡單的細胞：細菌。
細菌細胞是“原核生物”—沒有特定中心或細胞核的細胞—而其希臘名稱就是代表著“在核之前”的意思。每一個原核生物內含有一條具有數千種基因的單股DNA。這個基因數目是病毒所含數目的數百倍。所有的活細胞，以及大部分的病毒，皆使用DNA來傳遞基因訊息給下一代。一些病毒則會使用極為類似的RNA分子來擔任這個工作，但這是絕不會發生在細胞身上。既然原核細胞所含有的DNA或RNA是病毒的數百倍，所以原核生物的再生能力也比病毒更加複雜。我們幾乎可以斷言最早的細胞就是原核生物。與病毒不同的是，原核生物是一個可自由生存的個體：他們不需要植物或動物的“寄生主體”，自己就可以製造蛋白質及進行再生。在已知具有獨立生存能力的生物系統中，這種有機體是最簡單的一種。
第一個原核生物，在其進化過程中，可能必須仰賴自然環境下的營養物質：一些由紫外線和其他能源與原核生物所在的化學混合物間，相互反應而生成的有機化合物。我們可以想見生命的起源是由“食物”到“生命”的自發性轉化，不需要生命有機體的介入。第一種有機體必定會發現他的周遭盡是些原始物質(“食物”)，本身的化學系統也因為這些食物而發生了重組。
當食物的來源因地球大氣層的變化而消失殆盡之時(見第8章)，一些微小的原核生物也相應地做出了些驚人之舉。他們發展出一套高等生物能得以增殖，生命能得以在宇宙中綿延不絕的基本程序：將日光轉換為可儲存的化學能，以備進一步的需要。簡言之，原核生物“發明”了光合作用。
最早記錄著地球生命的化石，即是由這種有機體群所遺留下來的(圖9.1)。早先被稱為“藍綠藻”的一種行光合作用的簡單細菌，至今在地球的生物圈，也就是地球生命的整合系統中，仍具有著重要的功能(見圖8.4和彩圖7)。因此這些細菌被當作生命對環境的適應中，一個最早且最成功的代表。雖然最早的光合作用型式，可能是使用硫化氫(H2S)而非水(H20)，也因此釋放出了硫，來代替氧，但這已經顯示出能行使這種光合作用的細菌的非凡進展。
圖9.1
這是於澳洲(見圖8.4)所發現有35億年之久的藻層的橫切面。他也是地球上已知生命中最古老的。這種層層相疊的半球形結構即是此種微小生命的化石特徵。存在於行光合作用的細菌連續群體間的淤泥，則是這種層狀結構生成的原因。這個岩石的橫切面是20公分。
在描述細菌光合作用中，我們可以簡單地使用“恆星光源”來代替“太陽光源”。如果藍綠菌是生長在環繞半人馬座a恒星軌道上的星球，他可以盡情使用來自於此恒星的輻射，就如同他現在使用陽光一樣。由此結果，我們可以立刻聯想到是否有可能將某一個遙遙太陽系中的特異行星，轉換成人類得以居住的環境：我們只要在此行星的大氣和海洋中種下能夠產生氧氣的微生物有機體就可以了。無論如何，在這種“直接性胚種論”的方法成功前，我們必須先調整此行星中微量元素的組成。
當試圖解開地球生命早期進化的謎團時，我們應當注意今天的原核生物仍然提供地球轉換成含氧量豐富的環境的證據。原核生物中，有的只能存活在完全無氧的狀況下，有的則對於氧氣的存在與否，並無所謂，而另外有些則必須要有氧才能生存。這種多元性是與下列的說法相符合的：假定地球的大氣層是藉著光合作用所釋放出的氧氣，而由缺氧變成高氧，那麼這個過程可能是發生在原核生物主宰地球的時期。當我們接觸到更複雜的生物¾真核細胞¾時，我們發現這些細胞均依賴著氧氣而生存，幾乎是無一例外的。而原核生物，當然是出現在他們之前。
地球轉換成高氧大氣的過程，明顯是發生在25億到20億年前間，甚至更早。起初大氣中的氧氣對包含製造它在內的所有原核生物，皆是有毒的。對他們而言，氧氣一直以來都是一種廢物，而且還是大氣中最多的“污染物”。但是氧氣是生命新陳代謝最易獲取的能量來源，所以已經造福了那些能使用這種新氣體的生命體。
非常有趣的是，將葉綠體分子這個植物釋放氧氣的基本物質，和一些重要的攜氧分子比較，他們皆有相同的結構單體(稱之為比？？？咯紫質)。這些攜氧分子相當多，例如血紅蛋白(我們紅血球中的含鐵色素)，血藍蛋白(在許多海洋動物中，一種含銅而功能相當於血紅蛋白的物質)，以及存在於大部分進化細胞中的複雜蛋白質如細胞色素。這個事實告訴了我們地球生命的一個重要通則：進化的生命型式會使得原來有其他用途的一些化學結構，因應著環境的變動而發生變化。換句話說，便是在已有的結構上做最小的改變來因應環境的變化。這個選擇的過程和天擇作用一樣，都是發生在分子的階層上。從這個角度來看，使用氧氣及釋出氧氣的能力，在生命進化上應該是發生在約略相同的時間。
真核生物
圖9.2
真核生物含有具備真正細胞核的細胞一即含有DNA的染色體。並且DNA的染色體是由核被膜所包覆。
地球大氣中自由氧的出現和許多種生命形態的進化發展，在時間上是一致的。我們不知道各式各樣存在的原核生物是如何演化成含有真核的〝真核生物〞(圖9.2)。而真核生物出現前，應該是有一段進化的過渡期，大約發生在20億到10億年前之間。(因為缺乏早期真核生物的化石，所以我們無法確認發生的時間)。
P209
真核生物是地球目前最複雜的進化形態。真核細胞的染色體¾即細胞中含有DNA的部份¾是在有核膜圍繞保護的細胞核內。而真核細胞在希臘文中，即是指這種細胞核是〝真正的細胞核〞的意思。
真核細胞的染色體通常含有數萬個基因，而細胞內DNA的量也是在細菌細胞中所發現的10到1000倍。真核生物的基因系統貯存的訊息要比原核生物多很多；而在細胞結構及功能上也是更加地複雜。真核細胞有著相當重要的內在結構：一種稱之為〝胞器〞的單元次體。胞器有著自已的基因和蛋白質合成工廠，並且專司特定的功能(見圖9.2)：例如在動物及真菌中，便有稱為粒腺體的胞器來負責呼吸作用，而植物細胞中則有葉綠體來負責光合作用。
真核生物是如何由原核生物進化而來的呢？傳統上認為他們是漸序性發展而來的。藉著林×馬鳩利思(Lynn
Margulis)的實驗，一切便真相大白了。這種真核細胞的專一化，乃是由兩個或更多個的原核細胞〝共生〞(互益)的關係而產生的。我們可以想見一個原核生物能受益於光合作用，但本身卻無法行使該作用，但他若是與含有豐富葉綠素的相類似的原核生物互相結合，那麼很快地便具備了行使光合作用的能力。這種共生鏈的發生暗示著粒腺體及葉綠體都可能是衍生自細菌，而更有力的證明是葉綠體和粒腺體的基因系統與細菌中的基因系統十分相似。
自第一個真核生物以來，細胞功能和結構的專一化便隨著進化的過程而增加，並繼而發展出如器官這些較大而且更加複雜的結構。每一個人或其他哺乳動物，都含有近10兆(1013)個細胞，分屬於約一千種不同的種類。而最神奇地是複雜的人體結構只是在生存及再生的競爭中，天擇的過程下的產物。人類極端的自我意識也是依循這種競爭的模式下發展來的。
當有機體不斷地再生，最後便發展成“有性生殖”。所有的真核細胞都可以行無性生殖，但有性生殖的好處卻使得大部分高等的真核生物都使用這種方式。由於雙親中的每一方，各自貢獻其基因組成的一半，因此有性生殖下新生代的基因，一半來自父親，而另一半則來自母親(圖9.3)。在與新生代基因和其單親完全相同的無性生殖相較下，有性生殖在代代相傳時基因組合所發生的轉換，使得天擇的進行快了許多。
在此之前，我們已經把地球生命在數十億或數億年間的輝煌發展做了一個簡述。地球誕生於45億年前。我們手頭有記錄可查的最早生命，是出現在35億年前。地理證據則顯示大氣在25和20億年前間，含氧量開始變得豐富，而這與化石記錄中疊藻層的遍佈¾藍綠菌及其他行光合作用細菌存在的證據¾在時間上是一致的。第一個真核生物出現在大氣含氧量變化的十億年之後，也就是大約16億年前(圖1.9)。雖然生命在地球45億年的歷史中佔據了大部分的時間，但在這個長遠的過程中，生命主要卻是由那些細微到肉眼都難以辨視的微生物所組成。
每當思及生命的進化時，我們腦海常浮現的是猴子與人類由原始的哺乳動物中進化而來，或是鳥類及爬蟲類自早期脊椎動物衍化生成的景象。這些例子是離我們最近期的進化階段，但其所代表的時間卻不到地球生命歷史的十分之一。生命發展歷史的主體，應該是包含了產生第一個原核生物前所歷經的冗長而緩慢的轉變以及由原核生物演化成第一個真核生物的過程。這些微生物“發明”了高等生物生存所必備的一切生化物質。因此，我們不應該忽略他們的重要性，同時我們必須瞭解，外星生命的發展主體或許也正是這些微細的生命形態。
差不多6億年前，在大量經光合作用產生的氧以及新的生存環境等條件誘因下，生物體不論在分佈、數目、及種類上，皆有著巨幅的增加。這些生物體的化石揭開了地質學上“寒武紀”的序幕。這個時期開始於單細胞真核生物進化成軟體生物的長期演變之後。這種進化衍生出類似於今天水母般的生物，這種生物的全盛時期是在寒武紀開始的五千萬或一億年前(圖9.4)。證據顯示，由單細胞到多細胞生物的轉化已經發生過很多次了；現代的生物並非繁衍自同一種類的多細胞祖先。多細胞性質看來是進化中確實發生的一個過程。相較於寒武紀之後，我們對於寒武紀之前的生命發展所知實在是太少了。這是因為在寒武紀之後，生物體才開始有“硬體部分的進化”¾如鞘殼、甲殼、及外骨骼¾而這些物質在沉積岩中長久保存後，便形成今日我們所發現的化石。
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寒武紀造就了進化的快速變動。地球起始的40億年後，便出現了三葉蟲，他們豐富的化石遺跡代表著寒武紀時期的來臨(圖9.5)。
這種動物，擁有化合物構成的眼睛，突顯了他在進化史上的重要地位。不過由人類的標準來看，三葉蟲仍然是非常原始的；在寒武紀中，三葉蟲不太可能可以建造並使用電波望遠鏡與外星上的三葉蟲相互聯繫，但就在這個蠍子的遠親出現的6億年後，某些類猿人開始自古非洲的叢林移居到開闊的平原。而在他們移居後不到三百萬年，我們人類已經開始想要與宇宙中其他的住民，互通訊息了。
我們可藉由圖表(圖9.6)，或者是類似年曆的方法，來看看進化過程中不同階段的演進。如果把整個地球歷史比喻成一年，並且從一月一日開始算起。那麼在初夏時分，藍綠菌便製造出含氧量豐富的大氣；但是寒武紀卻要等到11月13日才開始，從12月13日到12月26日，便是恐龍由全盛到滅絕的時期；人類的始祖，直立猿人則出現在12月31日的晚餐時刻，並且在12月31日結吏前的十分之一秒內，也就是晚上11：59：59.9155前¾這麼一個少於地球生命史一億分之一的時間內，人類才具備了傳達新年祝福至銀河系另一端的能力。
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這種時間規格，在我們對外星生命的尋求中提供了有用的資訊。在喬塞夫
•契卡拉斯基(Josef
Shklovskii)及卡爾•薩根(Carl Sagan)提出的平凡假說中假設出地球生命的發展是一種典型模式。因此就算在並不清楚地球生命起始及發展過程細節的狀況下，我們仍然可以假定不管在哪顆星球，從該星球形成之初算起，文明生命發展所需要的時間大約是45億年，或者說是30到60億年的時間。但是對於具有星際通訊能力的文明生命，其生存的時間，也不過是一個年度當中的最後那十分之一秒。運氣好的話，碰到一個進化過程與地球生命十分類似的外星生命，他們可能也需要47億，或甚至50億年的時間才能達到我們的水準。(必須牢記在心的是在討論人類的歷史時，我們所說得不過是在整個高潮迭起的年度中的最後幾分鐘)在這種情形下，想要與和地球同時生成的星球生命有所接觸，是註定要失敗的。另一方面，只要是進化速率上的一個小幅改變，便可能造成和地球同時生成的星球上的生命發展，早在數億年前便已經達到我們現今的智識水準了。
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因為其它的星球非常可能比太陽及其諸行星年老或年輕個數十億年，所以在比較地球生命與外星生命的發展過程中，這會又是另一個變數。唯有在找到進化時間、過程與地球相符合的行星，我們才會認同該行星自形成到發展出具備星際通訊能力的文明生命，大約需要30到60億年的說法。
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適合生命生存的恒星
這樣一句簡單的陳述，卻已經告訴我們，該由何處去尋找銀河系其它的生命。我們必須先將搜尋的目標限定在中心恒星的主序生命期已經超過幾十億年以上的行星系統上，這樣才能確保在生命進化的期間，恒星的光度能大略保持不變。一旦恒星脫離了主序期，其光度的增加將嚴重造成行星環境發生不可逆的變化。
若強制限定主序恒星的生命期至少40或50億年，我們便限制了所搜尋的恒星光譜型式必須在F5或者更冷些；也就是由F5型到F9,G,K,及M的恒星。這個設限似乎會有些困難，因為天際中最亮的恒星多為O,B,以及A恒星，但事實上，大部分的恒星皆符合我們的要求。譬如說，在最近於太陽的25個恒星中，除了有2個例外，其餘的都比光譜型式F5的恒星還要冷而且壽命更長。
由地球各方面條件衍生出來的時間要求指出所搜尋的恒星，必需至少有40或50億年之久的歷史。換言之，如果我們挑了一個G2恒星，雖然有與太陽相同的光譜型式，但是其主序期不過是20或30億年，在其軌道上運行並且與地球相似的行星上(如果有的話)，我們所能夠發現的“最多”不過是某種細菌的群體罷了。但以我們存在於宇宙中的茫然與孤獨感而言，這仍會是一個令人驚天動地的發現。接下來，如同將在第14章所見到的，我們並不需要登陸行星，只要藉著研究行星的大氣組成便能知道生命是否存在。這種方法使得我們可以從分析行星及其及大氣的反射光中，對遙遠的行星進行生命的搜尋工作。但無可否認地，偵測到先進外星文明的訊息或者能和外星密使接觸才是最具震憾性的。基於此一目標，我們應當去尋找一個主序生命期至少與太陽的45億年星齡差不多的恒星。
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從對地球上生命的觀察，我們所得到的第一個強烈的印象是液態水的重要性。地球上的生命始於水，而水也是維持生命的必需品。大型的生物要到3億5仟萬年前，才有適應陸地生活的能力，而這已是生命起始後至少30億，或許40億年以後的事了。我們也可以想像一些其他形式的液態環境，例如阿摩尼亞海(
他的有些缺點將會在第10章中有所討論)。但不管如何，看來生命真的需要一個液態煤介來傳送及濃縮一些重要的分子。在自然界中，液態不是那麼容易發生，因為周遭的溫度必須要保持在一個極小的範圍內，並且還要有形成生命所需的高分子聚合體。我們所要的不只是隨便一種液體就可以了，它還必須存在於高分子聚合體的表面，並且處在一個可以發生蒸發或凍結的環境之下。在一個以約略呈圓形的軌道運行並且與恒星保持適當距離的行星上，這兩種條件並不難達成。在我們太陽系中，具備這些條件的便有地球、火星以及一些較小的星體。今天我們可以自豪地說，地球是太陽系中唯一有海洋及生物活動力的行星。
一旦生命開始，他需要在陸地上才能有進一步的發展嗎?對此，我們並沒有確切的答案。地球上的高等生物都是在陸地上進化而成的。陸地環境所具備的多元性以及豐富的氧氣，似乎加速著自然天擇發生的速率：所有已知的植物及動物種類中，約略有百分之80是發現於陸地上。進一步說，海洋環境在形態及功能上的要求，對天擇下的高等生物而言，並不似陸地環境般的有利。例如對流線型體態的需求，便抑制了能操控物品、甚至製造工具的四肢發展。事實上，如鯨魚和海豚這種最聰明的海洋生物，他們的祖先卻是類似水獺的陸地動物。在其他各種條件相同的狀況下，我們可以尋找一個擁有液態水，而且尚未淹蓋整個地表的星球：也就是尋找一個同時擁有陸地及海洋的星球。
但是，其他的條件會全然相同嗎?認定外星生命要必需與地球上的相類似，是一個錯誤的假設嗎?畢竟，如章魚、海盤車，龍蝦等具備有巧妙操能力的附屬肢生物，他們的軀體也不是那麼地流線。也許全然被海洋所覆蓋的行星，也可以發展出具有智慧的海洋生物，而他們可能會是類似於軟體動物，而不是像哺乳類動物。另外，溫暖的海洋也可以提供相當於哺乳動物血流的功能。但這樣的生物體，是否也懂得天文學，並會思考著穿越茫茫宇宙與其它的生命相接觸的可能性?在找到一個全然被海洋覆蓋的星球前，我們既然無法探討這樣一個問題，也只好將它先行保留（圖9.7）。
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圖9.7
未知星球上的海洋生物，正在觀察一個罕見的景象：由這個星球的雙衛星所造成的雙日蝕現象(一遠一近)。
在生命的分子階層上，我們已描述了引起進化改變並導致生物種為適應環境而改變特徵的過程。這種過程藉著DNA嚴謹的複製作用，產生了稍微不同的新DNA分子(見第169頁???)。
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DNA分子以極佳的穩定性，來抗衡這些變化。在高等生物中，細胞的100,000
次分化中，才會有一個基因發生突變，若這種錯誤發生在一個個體的胚源質上，
則可能會改變其後代的特徵。誠如生理學家，路易斯•湯瑪斯（Lewis
Thomas）所說：“偶爾會犯個小錯誤，才是DNA真正神奇之處。沒有這個特質，我們將仍只是個無氧性細菌，而這兒也不會有音樂的存在。”
當檢視著地球化石中進化的記錄，同時在空缺處，加入一些想像，我們注意到兩件重要的事實：第一，生物種的發生，在時間的流程中，是不會重複的。在三葉蟲消失後，一些節肢動物接著來來去去，但三葉蟲卻從未在代表生物多元性的分枝樹狀系中再度出現。第二，在生命由第一個真核生物轉化到人類的35億年期間，某些生物種，卻始終保持不變。例如藍綠菌以及一些其他原核生物（特別是無氧性細菌），到今天仍然以和他們的原始型態幾乎毫無差別的方式存在。
只有少數的生物種未曾改變。自然的天擇是有其方向性的，領引著生物種往更複雜的型態發展。當宇宙的亂象漸增，生命卻往相反的方向前進，而且速率也隨著複雜性的增加而增快。月球上沒有藍綠菌的存在，但人類卻已經登陸月球了1。我們擁有了這種能力，卻也付出相當高的代價，人類恣意地相互屠殺，這倒是藍綠菌所沒有的能力。
註解1：不過在每一個太空人的身上，都有超過十億個的細菌隨著他們在月球上“漫步”。
智慧文明的發展是必然的結果嗎？想要評估文明生命是遍及於宇宙，還是極度的稀有，我們必需考量地球上的文明到底是如何產生的，另外還必須試著決定出文明為生物種所帶來的是利多，還是弊多。難道智慧文明總是大災難的種子，導致文明物種的毀滅？目前，我們還無法回答這個問題。我們所能說的，只是如果由地球上的例子來看，自然的天擇的確傾向於往具有智慧及自我意識的生命型態來發展。至於下一步將會發生什麼，則仍然是個未知數。
讓我們先定義“智慧文明”。對我們搜尋生命的這個嚴謹的目標而言，所謂的文明生命，乃是指已經能夠在星際間被動或主動地相互通訊的生命。
P.219
而在這樣狹隘的定義之下，我們似乎將柏拉圖、米開朗基羅、莎士比亞以及牛頓等都排擠在這個“文明俱樂部”之外了。其實不！就如同我們把45億年當作成一個年度來看的話，紀元前2500年（即埃及金字塔建造時期）和今天的距離，是可以完全被忽略的。我們對智慧文明採用如此嚴格的技術性定義，是因為具備這樣的能力才能跟銀河系其他文明相互接觸。而找尋這種接觸，則是我們的最終目標。在此種定義下，對於文明物種的其他習性特徵一譬如結構、大小、音樂能力、及是否好戰成性等等，都給我們留有自由想像的空間。
近期地球上生命進化論的科學觀，在智慧文明是否絕對會發生的觀點上產生了分歧。而在另一方面，智慧文明有助於物種的生存，使得他成為高等生物的發展過程中不可或缺（此處生物學家所考慮的智慧文明，相較於我們先前所述的，有著較一般性的定義）。姑且不論我們離開地球的（潛在）能力，人類總是有辦法來改變環境以符合我們生存的條件，並避免遭受到絕種的殘酷事實。我們懂得醫療，解除飢餓，旅行各地，並且將這些知識代代相傳。由傳統的角度來看，這種收集和傳授訊息的能力，使得我們擁有了智慧文明以及極高的生存價值。
另一方面，生存了35億年的無氧性藍綠菌告訴了我們，智慧文明並不是生存唯一的法寶！比較正碓的說法是，一旦生物體達到某種複雜程度以上，智慧文明的發展才會有助於他們的生存。在証明人類可以持續生存達數億年之久之前，我們對於這樣的說法也是稍存質疑的，因為智慧並不突出的恐龍也生存了很久。
地球文明的進展速度，使我們對於文明已經在銀河系中數度出現過的說法更具信心。想像一下，如果地球上的人類突然全部消失。那麼再等到一個具有文明的新物種發生，又要再經歷多久的時間呢？1億年前，地球上唯一的哺乳動物，是那些類似於地鼠及鼷鼠的小動物（圖9.8）。到大約3百萬年前，第一個原始人類才出現。這兩個不同的時間讓我們知道地球上文明生物的演變大概需要多久的時間。
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如果我們人類確實毀滅，但同時代的其他生物並未完全地根絕，或許我們會認為人類的遠親將會接著繼承為地球的主宰。例如海豚的後代，就會如同百萬年前哺乳動物的祖先一般，再度回到陸地。又或者是另一種類猿人，由樹居而轉變成穴居和原始的農業生活。我們也可以想像著各種文明進化的方式，像是後代發生了適當突變的生物，例如愛嬉鬧的水獺或是聰明的浣熊，或者是能製造工具的高等章魚等。而在這許多平行進化的例子中¾例如章魚獨立進化的眼睛，雖然和哺乳類動物的雙眼有著不同的結構，但功能卻十分地類似¾我們知道如果有新的環境產生，一些生物種就會發生進化以適應這個環境。
如果人類有一天消失了，我們相信自然天擇會再度地由廣大的基因群中，產生出具有智慧的生物。這個新的地球主宰可能是個具有雙眼視力及製造工具能力的哺乳類動物。然而除此之外，他們與人類或許並無太多的相似。絕種的三葉蟲留下了一個訊息；一旦一個物種絕跡了，就不會再度出現。這似乎也告訴了我們不應該再期待在另一個世界中會遇到相同的人類。引用羅倫•艾斯理（Loren
Eiseley）的話：生命，甚至是細胞，可能存在於黑暗的彼端。但不管是屬於自然界中高等的或低等的生命，他將不會具有人類的形体。這種形体，是從森林屋頂的閣樓上，經歷了奇特而漫長的流浪過程的產物。然而最偉大的，莫過於他失敗的機率；因此，不會再有全然相同的人類再從相同的路徑而來。
地球生命更進一步的進化
生命的進化是否在人類出現後便停止了呢？並沒有任何理由可以支持這樣的說法。但是人類已經帶給生命進化一個新的影響：試圖刻意地控制。這種影響在人類人口急速擴張的現象中最為明顯。查爾斯•達爾文天擇論中有一個重要的觀念：任何物種，其下一代的數目絕不會比前一代來得多。因為大部分的生物體皆有極多的後代，這個事實則暗指了大部分生物體的後代都無法存活到可以進行生殖的階段。這種生存及再生上的差異，使得“成功”的個體數目得以增加，而較不成功的個體便被自然淘汰。
人類試圖調整這樣的程序。我們共同努力克服了疾病、飢荒、遺傳缺陷、以及天災。而在這樣的努力之下，人類的個體數目的確是增加了。人口的大激增，一是由於農業的發明，二是由於我們知道如何預防治療一些常見的致命疾病。在過去的幾世代，人類人口每35年便成長一倍，這種激增的速度製造了許多的問題，不斷地挑戰著我們在政治，社交以及科技上的能力。但如果真得能控制人口的成長，我們才能夠預見人類在地球上長遠的未來。由進化的角度來看，控制人口的成長使人類免於絕種之後，又有哪些事會接踵而來呢？
其實我們的去處並不難想見。當人類更加瞭解天擇論並且能控制他的進行後，諸如基因工程、複製以及延長人類生命的各種階段性的實驗在人類不斷尋求長生不死的激勵下，愈演愈烈。
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在還沒有具備任意組成各種生命形態的能力之前，我們只能拼命地想辦法來延長生命。如果離我們的後代子孫具備了這樣的能力，他們會選擇長生不死？還是聽天由命呢？也可能有人會發現長生不死是如此地無聊，因而急於讓位。我們只能在這兒猜想擁有不朽生命後的種種情形，但是宇宙中如果真得存在有高度文明的生命，他們對於這種情形應該是瞭若指掌的。天文學家法蘭克•德瑞克（Frank
Drake）曾指出這個問題的答案，對我們探尋外星文明有著莫大的影響。在星際間某個不朽的種族可能早就已經出現，鎮日沉浸在儀式慶典與娛樂當中，或許會和他們一樣的族群保持著聯絡，甚至(雖然看起來不太可能)極欲將他們的知識介紹給進化較低的群體。
或許聽起來有點奇怪，但是我們確實可以從對地球大氣的討論中，對這個問題看得更加透徹些。從來沒有生命發生過的地球會是什麼樣子呢?假設自然界原味湯中的第一個實驗是失敗的。地球的重力不足以牽制住氫原子而使得他逃逸，結果有機化合物便會被太陽紫外線所破壞，漸漸形成氧化狀態：也就是與太陽紫外線所破壞的水分子所釋出的氧發生鍵結(圖9.9)。在缺乏新的有機化合物的來源之下，地球的碳就逐漸形成為二氧化碳。
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把所有埋藏地表的有機碳，如頁岩，煤，石油，以及碳鹽中的碳總和起來，我們可以評估在無生命跡象的地球上，二氧化碳存量的多寡。譬如像石灰石，他是一種鈣的碳酸鹽，主要是由鈣，碳，及氧，在生物體出現的過程中逐漸形成。若我們根據地球有機分子和碳酸鹽中碳的含量來計算二氧化碳的量，其結果可能會令人相當震驚。如果所有的二氧化碳皆進入大氣層，我們大氣層的質量將會是現今的70倍；換句話說，大氣壓力將會增加70倍。要達到這個極限值，我們必須排除生命效應以及溶解於水中的二氧化碳在風化作用下所形成的碳酸鹽岩石的因素。
圖9.9
在缺乏生命幫助重生的情形下，有機化合物暴露在地球強烈氧化的環境下，他們會快速地與氧反應而生成二氧化碳，水，以及硝酸鹽類。
換言之，如果地球既無生命，也無水(至少，無液態水)，那麼大氣層將幾乎全部由二氧化碳所組成，而且厚度也會是現今大氣的好幾倍。缺少了水，一些氮及氬便會持續存在於這個二氧化碳的大氣當中。而這現象(見第12章)正是我們的姊妹行星—金星的寫照。
我們可以說由生命是否存在的角度來分析，內太陽系的行星確實是有其意義的，例如我們在稍後的章節將會探討到的金星，便似乎沒有生命或液態水的存在。而且我們可以將這個分析廣泛地應用到太陽系及其他外星系的行星。
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大地之母¾蓋婭
大氣層的構成要素與地球生命有著密不可分的關係。我們認為生命的起始是由於地球大氣中有著產生生命體不可或缺的物質。而生命的延續則仰賴於大氣層，因為大氣層可以媒介化學交換的發生，作為熱力的屏障，並抵抗紫外線及宇宙射線粒子的穿透。
針對地球生命與大氣層間錯綜複雜的化學作用，兩位科學家，詹姆斯•勒洛克（James
Lovelock）以及林恩•馬古利斯（Lynn Margulis）提出了一個重要的基礎理論，他們認為地球上的生命調節著低層大氣的組成，並藉著控制含有生命延續所需元素的重要氣體來調節大氣的組成。他們認為生物體的生成，對於環境中，包括控制行星平均溫度的氣體在內的化學反應，有著相當重要的影響。平均溫度是絕對會影響生物生長的，而這種”反饋式循環”的潛在性，在研究生命與無生命環境的各種交互作用時，不斷地被發現(圖9.10)。
地球生命的整體系統¾所有的生物體以及生物體所產生和消耗的氣體、液體、和固體¾由勒洛克（Lovelock）及馬古利斯（Margulis）依循希臘文大地之母的意思命名為“蓋婭”。蓋婭是40億年進化的成果，在其間生命以分化和繁衍的方式形成今日各種不同的生物。這個假說指出蓋婭維持了生命蓬勃發展所需的最佳平衡狀態。這種環境的調節管理必定包含了許多種不同的機轉，就如同蜜蜂會以各種不同的方式，來維持蜂巢的溫度及濕度一樣。舉例來說，如果因為地球繞日運轉軌道的離心率有所變化，而引起溫度的降低，蓋婭可能會以加速生物體的分化成長來增加大氣中二氧化碳的含量作為回應。這些過量的二氧化碳便會吸收更多的紅外線光子，而將溫度調節到正常的數值。
我們可以藉著分析地質記錄來印證這個假說(至少理論上是可行的!)。我們可以在冰河時期開始後的岩石中，尋找大氣中二氧化碳含量增加的證據，並看看他與化石記錄中顯現的生物體存在與繁衍的改變，在時間上是否有所關聯。由於缺乏確鑿的證據，大部分的科學家對蓋婭這個有趣的假說依然抱持懷疑的態度。
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圖9.10
根據蓋婭假說，地球生命控制著氮、氧、二氧化碳、以及其他在大氣中與生物體發生交換作用的分子含量。這種交換作用確實是存在的，甚至有些礦物的沉積也是由生物產生的(例如英格蘭多佛的白色岩岸)，而大部分的科學家則認為地球生命是反應地球的氣候而非調節。
從過去數十億年來，地球的溫度只有些微不超過幾度C的變化，這個現象使得蓋婭的概念得到某種程度的驗証及支持。蓋婭凸顯了我們這種陸生哺乳類動物的渺小。甚至到今天我們還自認為是蓋婭的“中樞神經統”，但事實上，如果有一天人類被一種更具效率且有溫和習性的生物所取代，全球的生態系統說不定因此而更加受益。
蓋婭的概念幫助我們瞭解到自已其實是生命網的一部分，我們依賴著這個錯綜複雜的生命系統，提供我們食物、空氣、甚至適宜的氣候。生物的主群體，並不是那些圍繞在我們身邊的一些巨大生物。誠如林恩•馬古利斯（Lynn
Margulis）所說：“縱使消滅所有的動植物，這個行星仍然可以恢復生機，但是如果根除所有的微生物，那麼不出一個星期，地球就會變成如月球般的一個不毛之地”。干擾地球生態的平衡，會比根絕幾種生物或製造出一些不符美學標準的壞效應，來得更加危險：當維繫地球各種生命運作的生態平衡遭受到嚴重的干擾時，相應而生的結果說不定會對我們造成極度的傷害。
在觀察太陽系中的其他行星時，我們必須將這種生命共榮共存的特性牢記在心。特異獨行的生物是無法生存的；就算可以，他所處的環境必定是個不毛之地。我們會預期外星生命與他們所處的環境能夠和諧共處，而如果他們類似於地球生物，我們或許也能偵測到他們所引起的環境變化。
真核生物的細胞具有完整的細胞核，貯藏著細胞的基因物質。他是由原核生物發展而來的，並且與其保持著共生的關係。真核生物具有稱之為胞器的次單元體，具有特定專一的功能。真核生物也比原核生物有更多更大量的基因物質。在真核細胞以及巨大生物的不同細胞中，這種功能的專一性使得數以兆計的細胞能集中在某個特定的器官中，行使特定的功能。
化石記錄中指出，第一個多細胞生物的出現大約是在7.5億年前。而動植物的種類、大小及分佈，則在接著的1.5億年中大幅地增加。這個時後也正是寒武紀的開端。這個時期中繁衍的動物，是遠較於軟體海洋生物要複雜許多。而陸地上的植物王國則建立在這之後的1.5億年。哺乳類動物的出現，距今僅僅1億年，這個時期正是爬虫類的全盛時期。而人類的老祖先則要再等大約3百萬年後才出現。
由此可知，地球生命歷史有六分之五以上的時間是僅有原核生物和單一細胞的真核生物存在。在其他恒星的行星系，就算有生命跡象，也可能只是這種簡單的生命形態。或者，他們進化的腳步領先我們數十億年，並且早已演化出新的、甚至長生不死的生命形態。若把地球生命視為一個典型的例子，或許我們可以說：生命起始於水中，而陸地是生命進化成具有智慧的高等生物的必要條件。具有智慧的文明才有與外星生命接觸通訊的能力。生命課程的最後一章告訴我們各種的生命形態乃是相互依賴而共榮共存的。將整個地球表面稱為蓋婭生命體的詹姆斯•勒洛克（James
Lovelock）和林恩•馬古利斯（Lynn Margulis），便曾對生命間的互動依賴做過頗具詩意的描述。
問題：
9.
為何進化過程是由較簡單的生物體演變至較複雜的生物體，而不是反過來的呢？