世界简史(精装修订版)
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第5章 石炭纪沼泽期

在鱼类时期,陆地上还是一片沉寂,完全没有生命存在。裸露的贫瘠岩石形成悬崖和起伏的丘陵,任凭日晒雨淋。此时,地球上还没有真正的土壤,因为有助于土壤形成的蚯蚓还没有出现,致使岩石破碎从而形成土壤的植物也没有出现,甚至连苔藓和地衣都还没有。此时,所有的生命都仅存于海洋中。

在这到处都是岩石的世界中,气候剧烈地变化着。引起气候变化的原因非常复杂,至今也只能得出某种推论。地球运行轨道的变化、地球自转时两极的缓慢变化、大陆形态的变化,甚至太阳温度的升降,这些原因加在一起,导致地球表面广大地区长期笼罩在寒冷和冰冻之中。

后来,整个地球又被温暖宜人的气候所笼罩,这种气候持续了数百万年。在地球的演变过程中,其内部有若干次剧烈的变动。数百万年积聚的上冲力,骤然形成火山爆发,导致地球表面的高山和大地的轮廓发生了剧烈的变化:海洋更深、山地更高,气候也趋于极端。接下来,是很长一段非常平静的时期。在此期间,由于降雨、冰冻以及河流的冲刷,山地的高度慢慢降低。另一方面,河流挟带着大量的泥沙流进海里,致使海底增高,海水变浅,海面不断变宽,以前靠近海水的陆地都变成了浅海。这也是地球历史上“高而深”和“低而平”两个不同的时代。很多读者认为地球在外壳硬结之后,地表的温度已经完全冷却,这种看法必须完全清除掉。事实上,在经过了漫长的严寒期后,地球内部的温度才不再对地表温度产生影响。就算是在“无生代”时期,也同样存在到处都是冰雪的“冰河时期”的痕迹。

石炭纪的沼泽,正在形成的煤层

一个迷齿亚纲类动物、大头螈属的头骨

到了鱼类时代的末期,也就是生物生活在广阔的浅海和海湾的时期,生物也以各种相应的方式从浅水里来到陆地上。毫无疑问,这些开始大量出现的早期物种,事实上是经过千百万年,以一种罕见的、不明确的方式进化而来的。如今,它们终于迎来了属于自己的时代。

植物肯定先于动物移居到陆地上,但两者登陆的时间恐怕相距不久。植物要在陆地上生存,必须解决两大难题:一是它需要一个支撑物,以便在有浮力的潮水退去之后,可以支撑叶状物接受太阳的照射;二是离开水之后,需要从潮湿的地面吸取水分。这两大难题因木质纤维的发展而得到了圆满解决。木质纤维既可以支撑植物,又可以承担向叶子输送水分的任务。事实也证明了这一点。在这一时期的岩石记录中,各种各样的大型湿地木质植物骤然增多,有木质苔藓、木质蕨类、巨型木贼等。在过了一段漫长的时间后,各种动物也从水里来到陆地上,有蜈蚣和马陆,有最早的原生昆虫,有古代的鲎和海蝎的近亲——它们后来成为最早的蜘蛛和陆地蝎。没过多久,脊椎动物也纷纷登陆了。

一些原始昆虫的体型非常大。有一种蜻蜓,它的翅膀完全展开时有29英寸长。

这些新奇的动物通过各自不同的方法,让自己适应呼吸空气。而在此之前,所有动物都是呼吸溶解于水的空气。呼吸空气是一切登陆的动物都必须进行的活动,同时,它们还必须具备获取水分的能力。即便是在今天,如果人的肺完全干枯,人也会因窒息而死亡。因为只有当肺叶表面充分湿润时,空气才能通过肺进入血液。

动物获得这种呼吸游离态空气的能力,要么是因为进化了某个器官,使其遮住旧有的鳃防止水分蒸发,要么是进化出深藏在体内的由分泌的液体保持湿润的管状器官和其他新的呼吸器官。脊椎动物的始祖——鱼类,它们的腮不能适应陆地上的呼吸,后来它们进化出新的呼吸器官,也就是隐藏在体内的肺——事实上是鱼膘。两栖类动物,如蛙和蝾螈,它们出生在水里,最初用鳃呼吸,后来它们的呼吸器官和许多鱼类的鳔发生了同样的进化,在咽喉附近长出一个类似囊状的肺,肺开始接替鳃执行呼吸功能,然后它们才到陆地上生活。接着,它们的腮开始退化,鳃裂消失(其中一个鳃裂进化成耳到鼓膜的通道)。此后,它们只能生活在空气里,不过它们在产卵时仍需回到水里去。

蚓螈的骨架

在沼泽植物时期,所有呼吸空气的脊椎动物都属于两栖动物。它们和今天的蝾螈很像,不过体型要大得多。虽然它们的确是陆地动物,不过必须生活在沼泽中或沼泽附近的湿润地带。这个时期生长的那些高大的树木,从生长习性来说,也可以说是两栖类植物。因为这些植物的种子必须落在水中才能发芽;如果落在地上,仅依靠雨露的滋润根本不能发芽。

生物对从水中移居到空气中的环境变化,有着让人惊讶的、复杂的适应能力。研究这种适应能力是比较解剖学中最有魅力、最有趣味的内容。一切生物,包括植物和动物,最初都生活在水中。例如,比鱼类更高级的脊椎动物,包括人在内,无论是在卵的发育阶段,还是在胎儿出生以前,都有一个鳃裂消失的阶段。鱼类被水浸润的眼睛,也得到一种更高形式的保护——用眼睑和分泌水分的泪腺保持其湿润。由于空气中声音的震动相对微弱,因此耳膜成为必要的听觉器官。动物身上的其他器官,为了适应空气中这种新的生存环境,都有类似的变化和调整,以及类似的保护。

在石炭纪两栖类时期,生物生活在沼泽、海湾以及低洼地带。虽然生物分布的区域明显扩大,但是在丘陵和高地仍然是一片荒芜,没有生物存在。这一时期的生物的确学会了呼吸空气,但它们仍没有完全离开水的故国,还必须回到水里去繁衍后代。