第十三章 砰！
20世纪50年代之初，一位地质学家尤金·苏梅克发现亚利桑那州的一个当时公认是地下蒸汽喷发导致的大坑中存在很多来自太空的硅石和磁铁矿——这其实是一个陨石坑。他和妻子将研究思路转向太空，开始在天文台不断观察寻找地球轨道的小行星。他们发现外太空存在着数量巨大的小行星，对地球一直是一个潜在的危险源。
寻找小行星在19世纪初就开始流行起来，但当时由于没有系统的记录，到20世纪，已经分不清哪些小行星是新近发现的，哪些又是之前发现过的。其实这种统计工作的意义不大，即使我们确认了这些小行星的轨道，我们也无法预测它们什么时候会向地球冲过来。就像1991年发现的1991BA号小行星，与地球危险地擦肩而过。而我们对此是什么事也做不了的，甚至连对它们飞向地球的预测都还做不到。
正当苏梅克对此进行深入的研究时，哥伦比亚大学另一位地质学家阿尔瓦雷斯正在研究博塔西昂峡谷中出现的、区分白垩纪和第三纪石灰岩的KT界限——一层淡红色的黏土。他将这层黏土出现的时期和恐龙突然灭绝的时期联系到了一起。而他的父亲——获得过诺贝尔物理学奖的老阿尔瓦雷斯，则将这层黏土与太空尘埃联系到了一起。他们将这种黏土样本送去化验，发现其中的铱含量超出了通常水准300倍——这种元素在太空中的含量远远高于地球。因此可以确定这些黏土来自太空。经过仔细推敲，父子两人得出结论，恐龙的灭绝是由于小行星撞击地球导致的。
这一论断，在当时的科学界也是不被认可的。因为已知的莱尔的“渐成论”对古生物学界的影响巨大，并且该父子两人都不是古生物学家，因此他们的假设在当时完全不被接受，普遍认为的是铱元素是由于火山爆发形成的。
为了验证自己的假设，阿尔瓦雷斯父子开始寻找证据。在经历了艾奥瓦曼森大坑的一次失败（曼森大坑出现的日期与恐龙灭绝的时代不相符）之后，他们终于在墨西哥尤卡坦半岛的另一处大坑发现了当时撞击的现场。更幸运的是，不久以后，科学家们又通过哈勃望远镜真正目睹了彗星撞击木星的威力，科学家们终于开始承认阿尔瓦雷斯的假说。
第十四章 地下的烈火
1971年，一位年轻的地质学家迈克·沃里斯在内布拉斯加州东部偶然发现了一个奇特的化石床：由十几头犀牛、骆驼、乌龟等动物组成的坟墓。这些动物存在的时代为中世纪。它们被发现埋在了3米的火山灰地下，但奇怪的是，那个地方从未出现过火山。
后来对这些化石的研究发现，这些动物都是由于吸入过多腐蚀性粉末而患了“腓骨营养不良”，在痛苦的折磨中死去。而这些灰末又是怎么出现的呢？沃里斯将这些粉末寄给同事们进行化验，发现它们来自1600公里以外黄石国家公园的一次规模庞大的火山爆发。
这时科学家们才开始重视起自己脚下的这片土地，开始研究地球的结构。很多研究者都试图从地球表面钻一个孔，直达地心，但都失败了。最接近的钻孔尝试也许是苏联科学家们的科拉钻孔，他们到达了12262米的深度。
由于无法直接地观测到地球的内部结构，科学家们开始通过波的传播间接地研究这个星球。奥尔德姆通过地震仪的观测推测地球有一个地核；莫霍洛维契奇发现了地壳与地幔的界限；而后来里氏震级方法的出现让科学家们可以将不同的地震进行程度上的比较和深入的研究。
研究发现，地震是相当普遍的，只不过因为震级太小没有被察觉。最常见的地震往往出现在两个板块相接之处，因为板块间的不稳定性，两者的压力往往是地震的来源。而两次地震间隔的时间越长，积聚的压力就越大，下一次爆发的严重程度就越高。
除此之外，还有一种跨板块的地震的出现更加没有规律。它并不发生在板块相接处，而且由于震中很深，涉及的范围很广，此外由于目前还不清楚出现的原因而无法预测，因此这种地震更让人担忧。
现在我们知道，地质结构从外而内包括一个岩石外壳、一个炽热的岩石地幔、一个液态的外核、以及一个密度很大的内核。有研究者猜测其中的液态外核是以某种形式转动的，易产生地球的磁场。而对于地球的地壳是如何出现的，也包含了“渐成论”（地壳是渐渐形成的）和“始成论”（地球史之初形成）两种学说。目前还没有定论。总体来说，我们对地球的了解还知之甚少。
第十五章 美丽而危险
美国黄石地质公园是一处火山活动形成的、布满着温泉和蒸汽地貌的风景秀丽的胜地，也是科学家们研究地质学的最佳场所。20世纪60年代，美国地质勘测局的克里斯琴森疑惑地发现，在这座公园中，他无论如何也找不到一座火山。当看到公园全貌的照片时，他忽然意识到整个9000平方公里的公园本身就是一座巨大的火山热点——这处绝美的风光地下，是危险而炽热的岩浆。
火山的类型主要包括两种。第一种是比较常见的，类似富士山的典型火山锥；而第二种是不造山的火山，但它们具有强大的破坏力，会一下子爆发，留下一个沉降式的大坑——黄石公园就属于这一种。公园中有几处超级热柱，曾经爆发时喷出的毒气可能对恐龙的灭绝造成了影响。这样的热柱一般都只存在于海底。而这一点只能表明黄石公园的地壳很薄，因此一旦爆发就是极为猛烈的。
黄石公园火山爆发的第一个严重后果就是铺天盖地的火山灰对庄稼和土壤的毁灭性打击；此外，火山爆发对气候也会产生极强的影响。上一次火山爆发以后出现了为时6年的“火山冬天”，人类的数量骤减到几千人，几乎灭绝。
在黄石公园，除了大规模火山爆发的潜在危险外，还包括热液爆发、岩崩等规模较小，但冲击也很强的危险。尤其在一个四季满是游客的旅游胜地，对他们来说，来黄石公园就是要冒风险的。
但无论如何，生命力是顽强的，即使在这样一个极端的环境下。一对生物学家布罗克夫妇在黄石公园的翡翠池中发现了世界上第一批极端微生物，它们生活在高温、高酸的环境中。同时科学家们还发现这种微生物中的耐热酶进行聚合酶链式反应，使基因的复制成为可能。
第十六章 孤独的行星
从我们目前已知的情况看，茫茫宇宙中只有地球上存在生命；而整个地球上适合我们生存的地带也少之又少，我们只能在陆地上生存，而且不能太高。到目前为止，从海洋到高山，已知生命的全部生存范围只有28公里左右厚。
人类无法在水中生存，不仅无法呼吸，也无法忍受水中的压力。因为相比于空气，水要重很多。因此在水下越深的地方，压力越强。除了类似裸潜这样的极限运动，一般情况下，人们是无法在水下存活的。即使是裸潜，也需要一定的条件和技能才能保住性命，比如短时间接触气压变化，使体内的氮来不及流入细胞；此外还需要逐步慢慢回到水面。到目前为止裸潜到达的最深位置只有72米。
除了无法生存在海下之外，人们生活工作如果长期接触海水，也会出现像减压病（弯腰病）之类的症状。这是由于在水压之下，体内的氮进入了细胞组织，阻塞了血管，造成细胞失氧。这一疾病长期困扰着水下工作者们。著名的生理学家、古怪的霍尔丹父子就为此做出了巨大的贡献。
即使狭窄，但我们在地球上还是找到了自己的立足之地。我们更应该庆幸的是我们生存在一个一切条件都恰好适合我们生存的地球上。总体来说，我们有四点值得感激的事情：首先就是与大小正合适的恒星相隔着远近正合适的位置。看看稍微近一点的金星和稍微远一点的火星我们就可以想象到，如果不是这个与太阳刚刚好的距离，我们的地球就会变成一个火热的地域，或者冰冷的不毛之地；第二点是地球本身是一个适合生命居住的行星，最重要的一点其实要感激我们脚下翻腾的岩浆，喷射出大量的气体，建立了保护我们避免受磁场侵害的大气层；此外，地球还是太阳系唯一一个双子星。月球作为一个很大的卫星，对地球保持着持久的引力，使它能够以适合的速度和稳定的角度运转，世界才有了四季更替，潮起潮落；最后，也是最重要的一点：我们出现在对于生命来说最恰当的时间里，地球正处于稳定期，有一定的困难，但从未出现过任何大灾难。
最后，地球上很多元素对我们生命的出现和维持也是极为重要的，而它对我们的重要性往往与我们接触到的地球表面的元素含量相关。但对一些微量元素和人造的化学元素，人类的耐受力就很弱。这似乎从反面证实了另一件事——不仅是我们选择了地球的环境，也是环境塑造了我们需要的条件。我们是后于这个环境出现，并适应与它的。这就是生命。
第十七章 进入对流层
大气对我们的保护作用是不言而明的。如果没有大气的话，地球会因为无法留住热量而变得极度寒冷，同时也无法抵御强烈的宇宙射线，根本无法存在生命。
地球上的大气并不很多，科学上认为大气被分成：对流层、平流层、中间层和电离层四类。对流层里面包含着我们赖以生存的氧和热量，是我们的保护伞；而由于臭氧层的吸收作用，再往上的平流层的温度会有所上升，但极度缺氧；到了中间层，温度又骤降90°，而在距离地面最远的热层，接受着太阳光直接的照射，温度可达1000-1500摄氏度。好在那里由于大气分子已经极度稀薄，几乎不会相互碰撞传递热量，否则我们的飞船在离开地球的瞬间就会被烧成灰烬。因此，只要我们稍稍离开地面，地球也是一个危险的地方。
这一点，我们无需去大气层的边缘就可以体会到。登山的极限运动员对此深有感触，在海拔几千米的高山上，生存不仅需要极大的意志力，长期居住的话也需要你之前很多代人的适应进化以获得耐受的基因。
空气感受起来虽然轻飘飘的，但其实蕴含着极大的质量和能量。只不过由于我们的身体在很大程度上也由液态构成，无法被外面的气压压缩。但一旦空气处于强烈的流动状态，比如飓风——高空中的急流，和我们还不完全清楚原因的“晴空湍流”，我们就会真切地感受到它带来的能量。
除了空气之外，天空中的雷雨也蕴含着大量能量。闪电的形成也与空气对流相关，雷雨云包含了上升气流和下降气流，并携带了正负电荷，在不断摩擦中产生能量。
空气的对流和海洋的对流过程是可以统一起来的。两者都是因为不同区域存在密度、强度的差异，而产生流动的过程。对流对于生命的维系是极为关键的，它为我们提供了一个稳定的循环系统。两者构成了季节变化、水源分布、甚至对空气中二氧化碳的吸收和保存（即“长期碳循环”过程）起到了至关重要的作用。虽然近代开始以来人类开始打破这个循环，在空气中排放出了过多的二氧化碳，使我们的生存环境变得越来越脏，但地球上海洋和森林强大的自我洁净功能还是挽救了地球。只是地球的承受程度是有限度的，如果某天碳排放量达到了一个阈限——大自然的生物圈已经无法消化的程度，我们面临的就只有自我毁灭的命运。
第十八章 浩瀚的海洋
在地球上，无论是周围的环境，还是生命本身，很大一部分都是由水构成的。可以说，没有水就没有生命的存在。但水作为一种化学物质来看，又具有极为奇特的属性。比如水到达冰点以后变成冰时体积会增大10%，就是说冰的密度小于水。我们要感谢这种不同寻常的特性，否则的话，海洋底部会布满冰层，最终整个海洋也会凝固成一个巨大的冰块；此外，构成水分子的氢原子不断变换着结合氧原子，这使得水可以粘合成一个湖泊，甚至海洋，并且存在表面张力，但又不会过分黏合。
虽然地球中水无处不在，但很大一部分的水对我们来说是有毒的。海洋中的水是不能摄入的，因为里面的盐分我们无法吸收代谢，反而会造成细胞脱水，肾脏负担加重，失去生命。而除去海洋中的水，地球上只有3%的淡水资源，里面还有很大一部分以冰原的形式凝固在南北极。海洋看起来似乎离我们十分遥远，但其实和我们的生命是极为相关的。不幸的是，我们对于海洋内部的理解还远远不够。直到1872年，人们才开始对海洋进行了真正意义上的第一次探索，并创建了海洋学这一学科。
现代的海洋探索始于20世纪前叶，查尔斯·毕比和奥迪斯·巴顿设计了世界上第一个探海球。虽然设备极为简陋，但两人还是凭借这个容器成功下降到海下900米左右。遗憾的是，由于技术局限，海下能见度有限，两人又没有受过专业的训练，所以他们的冒险对于海洋学的意义是不大的。后来，瑞士的皮卡尔父子设计了更为先进的探海艇“的里雅斯特号”，并成功潜到了海下11公里——这是人类第一次也是唯一一次达到了那样的深度。由于当时大家的注意力都在太空探索，科研经费和项目很难落到对海洋探索上，因此，在很长一段时间，甚至直到现在，大家对海洋下的世界还知之甚少。
即使这样，海洋学家们还是得到了几项重大的发现，包括发现大群生活在海底以细菌为生的生物群，而大量的细菌竟是依靠硫化氢的化学合成作用吸收养分来生存；以及发现了能够同时生活在极高和极寒温度下的“阿尔文虫”；最重要的是，还解释了在这么长时间内海洋盐分能维持稳定的因素——深海的喷气孔充当了盐分过滤器，把多余的盐分收进了地壳中。
第十九章 生命的起源
地球在形成之初是一个极端不适合生存的环境。没有空气，温差极大，还充满有毒的硫酸，世界一片荒凉。生命是如何在这样一个恶劣的环境中出现的呢。科学家们经过几十年的努力，终于有了一个大致的猜测。
构成生命最重要的物质是蛋白质，而不同类型的蛋白质是由200-1000多个氨基酸以某一个特定的顺序排列起来形成的。这从概率上讲几乎是不可能自发形成的。同时，光有蛋白质也还无法形成生命，我们还需要有复制功能的DNA，其他生命要素，以及将这些包裹起来的细胞膜。
化学家马克斯·佩鲁茨通过20年的研究，终于解决了这个难题。他假设，蛋白质现在表现出的这些特定的排列组合，其实是蛋白质形成之后，不断慢慢适应演化而来的。大自然中只要条件合适，就会不断出现自发的聚合过程。因此有理由假设，蛋白质是在最初形成之后，经过长期的选择和聚合，变得越来越复杂。
如果要构成生命，需要的元素其实很简单，只需要碳、氢、氧、氮等30多种元素混合，形成糖，酸和其他的基本化合物，这是生命出现的前提。但创造蛋白质（脱水缩合）的过程是需要条件的，理论上说，在原始海洋中，单核是很难聚合的。但它就这样发生了，这一点到现在还是个谜。
此外，科学家们还发现，这些条件一旦具备，生命就迅速地出现了。这种出现的速度让科学家们感到紧张，于是提出另一种可能性：早期生命可能来自外太空。这种学说一直被认为是极端的学说，直到带着众多氨基酸和复杂的糖的陨石在默奇森上空爆炸并滑落。这对于这种学说是一个天大的好消息，它证明宇宙是存在着丰富的有机化合物的。但这种“胚种说”依然没有回答生命是如何产生的，仅仅把出现生命的地点推到了外太空。
无论如何，生命始于一块化学物质的原始抽动，并开始繁殖，以最简单的细菌形式生活了20亿年；后来一些蓝绿藻渐渐学会利用空气中的氢，并排出氧，光合作用就这样诞生了；之后又渐渐出现了叠层石——这是世界上第一个生态系统。后来的20亿年里，依靠微弱而坚定的努力，空气中的氧含量上升到了差不多现在的水平，淘汰了一批厌氧的细菌之后，为下一个更复杂的生命阶段做好了准备。突然之间，产生了细胞器，线粒体支配着氧，释放能量。真核细胞出现了。
第二十章 小生物的世界
在人类出现之前很久，细菌就已经遍布世界的各个角落了。直到现在，我们也无法回避细菌，它们存在于我们的周围，我们的皮肤上，甚至内脏器官里。仅仅我们的消化系统就是100万亿细菌的寄主。我们的杀菌剂和抗生素是无法完全消灭细菌的——而且如果真的没有了细菌，我们也无法生存。
大多数细菌对我们来说都是无害，甚至有益的。有的细菌处理废料，净化水源，肥沃土壤；有的细菌在我们的肠胃里消化食物，合成对人体有用的维生素，同时抵御外来细菌的进攻。当然，也会有很多细菌的侵入对人的生存是有害的(有的是因为某些本来在人体某处的细菌忽然去了不该去的器官中)。并且我们对抗生素的滥用似乎也在不断培养出抵抗力更强的细菌。而它们唯一害怕的就是被称为噬菌体的病毒。当然，后者对人类来说也是更加可怕的。
此外，细菌的繁殖能力很强，还能共享进化的遗传信息，因此它们一旦突变出更有优势的细菌，就会立刻大规模更新换代；同时，它们几乎不可战胜。很多细菌可以在极为恶劣的情境下生存。比如沸腾的岩浆边，寒冷的深谷底，高浓度的硫酸里，甚至放射性核反应堆周围——事实上，有些细菌就以高放射性的元素为食。现在认为生存能力最强的是可以在月球上生存两年的链球菌。此外，地球深处还存在着无数吸收贵重金属的细菌，它们对这些金属，甚至石油天然气的储存起着无比重要的作用。而地球深处的细菌不像地表这些活跃的同伴，是比较懒惰的，往往几百年也不会分裂一次，似乎处于长期休眠的状态，但只要处于合适的条件，就会再次激活生命系统，开始繁殖。
随着人们对细菌的了解越来越深入，对于生物的传统分类——植物和动物，也开始受到质疑。R.H.魏泰克将生物重新划分为：动物界、植物界、真菌界、原生生物界和原核生物界五类。但这个方案并没有明确原生生物界的定义。卡尔·沃斯通过对细菌遗传连贯性的研究发现了另一种未知的基本生命种类——缺少脂质和肽聚糖的原始细菌。之后他把生物进行重新划分，分成23个“部”，它们存在于3大类下：细菌、原始细菌和真核细胞。虽然这一分类方式更加科学，但在当时并没有受到大家的认可。最主要的原因是把人类和其他我们可见的复杂动植物都放在了一个细小的分支上——这大概是很难接受的。
第二十一章 生命在前进
化石的形成是极其不易的，需要具备几个条件，包括生物死亡时恰好被埋在沉积物中，或在不接触氧气的情况下腐烂；同时要挺过地球不断地挤压、推动和折叠；最后还要在长眠几千万年后，被人发现和研究。因此，我们现在能够看到的化石都是极其侥幸留下来的古生物的线索。此外，化石由于形成的特殊性，陆地生物很少会死在沉积物里，反而是有利于海洋生物的保存。所以这一对古生物时代的记录方法是很不平衡的。因此，目前我们掌握的化石记录中，海生生物是最多的，比如出现于寒武纪大爆发，辉煌于奥陶纪，灭绝于二叠纪时代的三叶虫。
在19世纪，古生物学家对早期复杂生命形式的了解几乎都来自于三叶虫。它们对地球的支配时间很长，是恐龙出现时间的两倍。而在这漫长的时间里，它们也极速繁殖，发展出了不同的种类。但令人不解的是，在此之前并没有可见的生命形式，那么相对复杂又完全成型的三叶虫是如何跳离缓慢进化的规律，突然出现的呢？
直到20世纪初，古生物学家沃尔科特在落基山脉发现了布尔吉斯页岩，在那里静静躺着一批生命大爆发时代的化石，里面包含了那个年代众多的生物特征。后来，剑桥大学的莫里斯对这批收藏品进行了系统的分类，发现了许多从未发现过的“新的物种”——当然，后来才发现(这些化石被更加严谨的科学家们用支序分类法进行重新分类)其中很多生物都是现在存在的动植物的始祖。
但是，这些动物究竟是怎么来的，怎么突然从无到有的，目前还是个谜。
第二十二章 多灾多难的生命进程
纵观整个地球生物进化史，我们可以发现，生命的生存欲望是极为强烈的，但除非有某些重大的威胁性事件发生，否则它们没有多大想要改变的欲望和野心。就地衣来说，它们可以在环境恶劣的岩石上存活，它们的惯性极强，几乎仅仅是为了想要存在而存在，没有进化的欲望。
但需要承认，能有我们现在如此复杂的生命形式，其实是靠无数次简单生命做出冒险的尝试——比如海生生物离开了海洋，踏上危机四伏的陆地。这是一个不小的挑战，需要长出新的骨骼支撑自己的身体；同时还要学会如何从空气中直接摄取氧。它们不得不这样做，因为当时大陆渐渐在合并，沿海的栖息地越来越小；同时海里还出现了一位恐怖的捕食者——鲨鱼。
因此，植物开始在陆地中出现了，之后是螨虫、潮虫等细小的昆虫。而当时空气中含氧浓度是35%，十分利于动植物尺寸的增长，以至于后来出现了一米多长的节肢动物还有乌鸦般大的蜻蜓——顺便一提，有些昆虫在与天敌争斗的过程中逐渐学会了飞行。
总体来说，从陆地开始有生命以来，一共出现了四大王朝统治大地，包括原始两栖动物和爬行动物（如异齿龙）、原始哺乳类兽孔目爬行动物、恐龙王朝以及现在的哺乳动物时代。而每一次巨大的王朝转变，背后巨大的推动力就是物种灭绝。似乎没有什么物种能熬过漫长的时间，总会在某一次大灾难下消失，为新物种铺路。这对于它们来说是很残忍的，但对于地球本身来说却是不断更新、清理多余物种、有活力的表现。
到现在为止，地球在奥陶纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪和白垩纪依次经历了五次巨大的灭绝事件，其中规模最大的一次要数二叠纪灭绝，地球损失了多达96%的全部物种，但也为后面的恐龙出现清理了空间。我们还不清楚的是，这些灭绝发生的原因是什么。科学家们提出了众多假设，比如太阳耀斑、气候骤变、海平面变化、彗星撞击等，但由于对物种完全消失解释的困难性，以及目前我们掌握的化石还十分匮乏，这个问题还是个谜。
第二十三章 丰富多彩的生命
在生物学家卡尔·林奈发明了新的分类体系之前，科学家们对于新发现的物种经常会手忙脚乱。新的信息不仅要归档和整理，还需要与已知的信息进行比较。同时，过去的分类体系是十分随意的，分类标准也往往令人大跌眼镜。林奈对之前冗长的植物命名进行了简化，保留了能说明其最显著特点的部分。他按照生理特征进行分类，并使用双名命名法，这一方法直到今天也在沿用。
他曾把动物界分为：哺乳动物、爬行动物、鸟类、鱼类、昆虫类和蠕虫六类。但后来人们又发现许多动物无法列入上述任何一类，如虾。这样又发展出了软体动物和甲壳动物类。直到1902年的一次会议上，不同动植物学家才开始接受统一的分类命名法则。但一直到现在，分类体系还很混乱，对于不同的门类区分，不同科学家有截然不同且大相径庭的分类数字。
不仅分类的数目不一，我们对物种的叫法也没能完全统一。导致不同地方的研究组往往对已经发现的物种做重复的命名，而同时，世界上还有97%的物种没有被发现。总之，目前对于物种的发现，分类和命名还处于初步阶段，而且困难重重。主要原因可能由于以下几点：大多数未被发现的生物一般都很小，容易忽略，比如其实布满我们周围的螨虫，或者土壤中无数的微生物；第二点可能是我们往往没有在合适的地点寻找新物种，往往是在碰运气；此外，这一方面的专门人才供不应求，要发现和记录的事情实在太多了，而积极从事分类研究的人并不多；最后，世界实在是太大了，我们能想到的存在生命的地方，认为不存在生命的地方，似乎都存在着生命。
因此，或许我们永远无法发现世界上的一切。但从另一个角度看，这似乎又让我们永远有所期待，永远都被世界惊喜。
第二十四章 令人惊叹的细胞
生命是从一个细胞开始的。从卵子受精的那一刻开始，细胞就开始分裂，加倍，为一个新生命的形成做好准备。从这开始，直到这个人死亡，体内的每个细胞都携带了他全部的基因密码，并承担了自己独特的工作，鞠躬尽瘁。
生物化学家德迪夫认为，人类拥有几百种不同的细胞，大小形态各异，并具有不同的功能；此外，不同细胞也具有不同的活力，比如皮肤细胞是死的，而内脏细胞几乎时刻保持活跃状态；同时，细胞的存活时间也各有所异，大脑细胞一般只能存活一个月，之后就由下一批新细胞进行更替；而肝脏细胞却能存活几年。
胡克是第一个对细胞进行描述的学者，这主要归功于他高超的显微镜制作技术。不过随后，这一光学技术立刻被荷兰一位布料商列文虎克所制作的显微镜所打败——正是他第一次观测到了细菌的存在。一个半世纪之后，生物学家布朗才突破了显微镜技术的瓶颈，看到了细胞核。而直到19世纪60年代，路易·巴斯德才站在前人的肩膀上，提出了现代生物学的基础——细胞学说。
人体内所有细胞的内部结构几乎相同，包含了细胞膜、细胞核，以及类似脂质的细胞质组织。在这样一个拥挤的空间里，无数的溶酶体、核糖体、蛋白质等物质时刻疯狂地高速运行，不断撞击，井然有序地完成任务：摄取能量、清理废物、与入侵者开战等。同时，细胞之间通过激素来进行各个部位的信息传递。值得注意的是，细胞内的线粒体本是被细胞俘获的细菌，经过几亿年的相互适应以后，线粒体在细胞中承担着最为重要的职责：将营养和氧气转化为生物可以消费的能量形式——ATP。
第二十五章 达尔文的非凡见解
在22岁的时候，达尔文的命运即将因为一次冲动的环球旅行而发生巨大的变化。他被一艘海军探测船“贝格尔号” 的船长菲茨罗伊选中，作为他旅途中的餐桌伙伴。他被选中很大程度上是因为达尔文当时刚刚获得了神学学位。但在以后5年的航行中，当菲茨罗伊发现达尔文越来越激进的自由主义态度时，大为光火，并与他争吵不断。
对于达尔文来说，这次航行是他事业的起点；对于整个时代来说，它更是一个新时代的开端。虽然在考察期间，他没有提出进化论的思想，却在不同的地区搜集了众多珍贵的化石标本，为他以后理论的提出提供证据；此外，他还发现一种新的海豚，并为珊瑚的成因提出了新的理论。
回到英格兰后，当他偶然读到马尔萨斯的《人口论》时，他才开始形成进化论的观点。但其实这个观点在这之前很久就有了，同时后来也发现，在达尔文出海的那一年里，园艺师马修在一本冷门书中提到了同样的看法。但达尔文是第一个用20年的时间将这一假设构建成系统理论的人，并且他在1844年完成了一部巨著——就是后来引起轩然大波的《物种起源》。
由于当时的社会还浸润在基督教的信仰中，他知道出版这部手稿的风险是极大的，于是将它尘封在抽屉中，似乎到死也不想发表。但10多年后，当他发现年轻的博物学家华莱士也提出了相似的自然选择论时，他纠结许久，终于在自己小儿子感染猩红热去世后，在自己悲痛万分的时刻，将自己和华莱士的观点一起交给林奈学会，并出版了尘封已久的手稿，世界这才看到了《物种起源》。
人们好奇心的驱使，使这本书在商业上获得了巨大成功。但由于当时支撑理论本身的化石证据实在太少了，在科学界并没有引起太大的反响。这本书更重要的一个局限是，他无法解释物种到底是怎么起源的，以及如何将上一代的优势传递给下一代。其实这个问题，正在被同时代的一位修道院院士孟德尔和他院子里的豌豆解答着。他通过严密的科学实验发现了基因的两种特性——显性的和隐性的。
达尔文和孟德尔理论的结合构成了20世纪生命科学的基础，但两人并没有想到这一点。直到20世纪30年代，融合了这两种观点的“现代综合系统学”应运而生，两个人才终于得到了该有的赞誉。
第二十六章 生命的物质
所有人类的基因有99.9%的部分是相同的，就是这些让我们都成为人类；而那似乎微不足道的0.1%就是赋予我们个性、让每个人都不相同的基础。总体来说，基因和基因组让我们相似又独特。我们的基因存在于细胞核内部的46条染色体中，里面包含着由脱氧核糖核酸构成的生存和维持生命的指令——DNA。人体中每个细胞核内都压缩了近两米长的DNA，它们没有生命，却有着生命最强烈的生存本能——不断繁殖。
由于它本身呈现出强烈的化学惰性，在很长一点时间里，科学家们都没有重视这个在当时还被称为“核素”的物质，而且，仅仅由四个核苷酸构成的结构也未免过于简单。当时科学界认为，遗传的动力隐藏在细胞核外更加复杂的蛋白质中。
后来，研究终于发现，DNA其实是细胞的首领，它通过RNA这个“翻译官”指导着蛋白质的工作。著名的基因研究者摩尔根对果蝇进行了长达六年的研究，终于成功地培育出新的突变个体（白色眼睛的果蝇），并证明了外在的属性对应着特定的染色体，证实了染色体在遗传中的作用。后来，科学家艾弗雷将细菌与不同的DNA混合，终于使这株细菌出现了具有感染性的突变。这些成果无疑是重要的，对于最终破解DNA的结构奠定了基础。
DNA结构之谜最终由沃森和克里克两人解开，但他们的成就也是基于所有之前研究者发现的基础上，加上一点点偶然的机遇。此外，另一位女性研究者富兰克林无疑做出了最大的贡献。她用X射线晶体衍射获得了DNA结构的图像，但由于当时女性科学家处处受到排挤的局势，她不愿意将自己的研究成果和其他人分享——对于沃森来说，这是脾气古怪的表现。
现在我们知道，在基因进行复制的过程中，一般来说都是极为精准的，但在非常偶然的情况下，复制会发生错误，产生突变。而突变的结果可能产生更有适应性的基因，也可能出现更差的。经过数百代的传递和环境的淘汰，在某一地区的人形成了最适合当地环境的基因组，形成了现在人种的差异。
但到现在为止，我们对于基因的工作方式还知之甚少，因为实在是眼花缭乱。而从另一层面上讲，无论是人类，老鼠还是香蕉，我们的生命形式追根到底都是相似的：从DNA到RNA的信息传递。
№27 第二十七章 冰河时代
1815年，位于印尼一个岛屿的一座火山坦博拉忽然剧烈爆发，并引发了大规模海啸，使十万人丧失了性命。这次火山爆发不仅给当地，也给整个世界的气候带来了影响：天气寒冷，庄稼颗粒无收，一直到6月还有霜冻。对人类来说，这是十分艰苦的一年；但那时全球气温仅仅下降了不足一度。这足以说明，地球恒温系统一旦有细微的变化，对人类来说都很难承受，更不用说循环出现的冰川期了。
人们对于冰川期的研究是从反常的地质现象开始的。当时，人们经常会发现北极的动植物尸骨出现在温暖的欧洲大陆，著名地质学家赫顿是第一个将此现象与大规模冰川运动联系在一起的人，但在当时没有得到广泛认可。后来，希姆帕尔创造了冰河时代这一术语，他当时的好朋友阿加西斯后来把他的观点占为己有，并开始从事这一领域的研究（两人后来成为死对头）。
不幸的是，无论阿加西斯怎么四处宣传，他的理论由于缺乏证据，同时很少有人见过真正的冰川，在当时也没有被承认。就连当时德高望重的地质学家莱尔即使后来开始支持他的理论，也没有明确表明立场。当然，这也是因为他的理论中有一个致命的弱点，阿加西斯无法解释冰河时代出现的原因。
詹姆斯·克罗尔给出了一个答案。他认为冰川期的出现可能是由地球轨道的变化导致的。地球轨道经历椭圆形到圆形再到椭圆形的周期性变化，由此引发了冰川的产生和消退。他的理论为人类了解地球做出了巨大贡献。后来，米兰科维契在这一理论背景下进行拓展，并对地球轨道变化进行了为期20年兢兢业业的计算，证实了冰川期与地球摄动的相关。除此之外，大陆分布等别的因素也需要一起考虑。但对这一点，我们还没有完全地搞清楚。
现在我们依然处于一个冰川期，只不过不那么剧烈和严重。而造成当前冰川期的主要原因，科学家们猜想是由喜马拉雅山（干扰气流的畅通）和巴拿马地峡（打乱洋流走向）的出现导致的。在此之前地球也无数次经历过冰期，其中规模最大的一次被认为是覆冰纪，似乎整个地球都锁在一层厚厚的冰盖中。要不是地球内部的火山和岩浆爆发拯救了这种局面，我们人类是不会出现的。
无论如何，目前地球的状况对人类来说是不容乐观的。北极的冰盖时刻不停地向下延伸，就算最强烈的地震也无法阻挡这一步伐。此外，认为“全球变暖可以在一定程度上抵消冰川期的到来”似乎是合情合理的，但其实正相反：气候变暖，海洋水分蒸发更加强烈，降水更加充沛，导致北极的冰层源源不断地生成。
第二十八章 神秘的两足动物
对人类祖先的发现和研究几乎一直都处于比较混乱的局面，很多重要的发现都处于偶然，或者在发现了之后很长一段时间都没有被承认。
1887年，一位荷兰医生杜布瓦凭着直觉到苏门答腊岛寻找古人类化石。本来这一地区并不是寻找古人类遗迹的最佳场所，但令人惊奇的是，他在爪哇找到了一小块珍贵的头盖骨化石，化石的主人并不是人类，大脑的尺寸大于所有类人猿，杜布瓦将这一物种命名为直立人。后来他又凭借发现的一条大腿骨而推测类人猿是直立行走的。此后南非研究者雷蒙德·达特又发现了另一个不同的类人种——非洲南方猿人；1924年，在中国的龙骨山，加拿大考古爱好者步达生又发现了新的化石人类型——北京人。
在这种发现新人种的浪潮中，随着越来越多的化石被发现，似乎越来越多的人种动物被发现，并在相互争吵的氛围中不断更换名称。此后在豪威尔的简化分类的建议下，古生物学经历了一个短暂平静的10年，之后又开始迎来另一轮研究热潮。到目前为止，有文献纪录的人科动物超过了20种，但具体都是什么，不同文献有各自的说法。
这种无法统一看法的局面主要是由于证据不足导致的，同时对于化石的发现往往时间和空间分布很不均匀，毫无规律可循。此外，化石研究显示，越是接近不同人种动物的分界线，两者的相似之处就会更明显。因此，有时候要确定一个化石究竟属于哪一类是很难确定的。
就现在我们了解的东西来说，我们人类的始祖是生活在热带雨林中、史前的黑猩猩。在大约700万年前，它们中的一群勇敢者走出了森林，来到草原（还有一种说法是说因为气候变冷，冰期来临，森林衰减变成了草原），非洲南方古猿出现了。此后，他们形成了不同的分支，其中一个我们现在还无法确定的分支成功地存活下来，并开始直立行走，渐渐学会使用工具（智人），大脑的容量在200万年的一段时间里突然变大，并出现了和语言相关的脑区——他们开始渐渐用智慧在世界中博取一席之地。
第二十九章 永不安分的类人猿
大约150万年前，人科动物开始学会制作世界上第一个先进工具——阿舍利工具，其实就是一把泪珠状的手斧。虽然这种工具几乎没有任何实际用处，而且十分沉重，但无论如何，这对于人类进化的长河中，都是一项巨大的成就。
但奇怪的是，这种工具似乎在不同地方有选择性地出现。哈佛大学古生物学家莫维士画了一条“莫氏曲线”，将使用阿舍利和不使用的地区区分开，结果发现，智人在这条线之外，包括东南亚、中国等地，都忽然丢弃了这一工具。这一点令人百思不得其解，到现在还没有定论。此外，还有更令人惊奇的发现，在澳大利亚一个干涸已久的谷底，居然发现了一块2.3万年前的人类的化石，远远大于在此之前科学家们认为的人类在澳大利亚存在的时间，我们现在也无法解释他们是如何穿越100多公里的水域，来到这片荒凉的陆地上的。
我们了解的东西还是太少了，很大一部分原因还是因为化石资源的匮乏。就目前来说，科学家认为古人类主要发生过两次大规模迁移。第一次是200万年前直立人走出非洲；第二次是10多万年前，我们的祖先，新的智人从非洲平原向外迁移，并取代了其他的人种动物，或者用其他学者所认为的说法，与他们融合共存。
由于化石记录给我们的证据实在太少了，人们开始转向新的技术：线粒体DNA研究。1987年伯克利分校一个权威科学小组的研究发现，现代人类在过去的14万年中生活在非洲，我们都是这群人的后代。这对于“多地区起源论”的支持者来说是一个不小的打击。然而，在2001年初，对另一个古老人种动物——蒙戈人标本的DNA研究发现了与现代人不同的基因序列，这似乎又在否定1987年所得出的结论。
无论如何，古人类学在这种不断矛盾的发现和理论创新中，慢慢发展着。
第三十章 一个星球，一次实验
在过去的五万年里，无论人类在哪里出现，那里的动物都会变得脆弱，容易灭绝。无论是在一两万年前的美洲大陆，手持尖矛的现代人类让30种大型动物遭受灭顶之灾；还是在17世纪的近代，人们为了娱乐而在毛里求斯残忍地捕杀了最后一批渡渡鸟（从人类开始出现在它们的世界，到它们彻底灭绝，仅仅过了70年的时间）。另外，很多动物灭绝的时间和情况也被我们粗心大意地忽略了。
澳大利亚的研究者弗兰克里和斯克顿发现，动物的灭绝除了人类的残忍杀戮之外，还有一些是因为十分荒唐的原因——比如，一个叫做斯蒂芬斯的孤岛上，一种古怪稀有的小鸟就因为人类带来的一只家猫而灭绝了。此外，在灭绝物种这件事上，狂热的动物标本收藏家的贡献是巨大的。一位富裕的银行家一生都在派人到各地带回动物标本。仅仅在夏威夷岛，由他导致灭绝的鸟类就不下9种。
这种灭绝的行为直到现在，在世界各地都在发生着。只要人类对某种生物产生兴趣，它们就岌岌可危。人类在整个宇宙的历史长河中，仅仅出现了短暂的一瞬，但却有幸成为了这个星球上唯一可以感受、欣赏，并有能力改变周围环境的生物。但我们在被赋予这项特权的同时，也需要了解，我们只有一个星球，我们有能力让它变得更好，而不是更糟。
正如爱德华·威尔逊在书中所说的：一个星球，一次实验。
本文摘自:比尔·布莱森《万物简史》卡片作者:April
