地球上的生命是怎样产生的
大自然经过亿万年演化，才从最初在地球极年轻时形成的简单化合物，进而构成复杂的生物，整个过程发生过一连串变化，才有各种生物出现，而且个别生物的结构才变得极为复杂，这一切都是怎样开始的呢？
谈到我们这个行星上生命起源的问题，第一个疑问就是：所有活的有机体所必需的两种化合物，即蛋白质和核酸，怎能在地球的表面上自然产生出来呢？今天，一位优秀的有机化学家，如果要合成一个活细胞里维持生命必需的各种物质，是没有什么困难就办得到的。
然而，这些东西又怎能自行产生呢？
数年前，杰出的美国科学哈洛德·尤列提出了一项卓越的构想，作为这个问题的解答。尤列的构想是依据近代解释太阳系起源的星云说。这个学说认为，各原行星最初都拥有延伸大气，由氢和甲烷、氨、水汽等氢化合物组成。
这些化合物里的化学元素如氢、碳、氮、氧等，正好就是构成氨基酸的元素，而氨基酸又是蛋白质巨大分子的基本“构造单元”。尤列由此推论说，这些简单化合物的分子，在受到太阳的紫外线辐射，以及接受大气中雷暴的放电时，就能结合起来，形成较复杂的氨基酸分子。
为了证实这个构想，尤列叫他的学生史坦利·米勒做了一个实验：把氢、甲烷、氨和水汽混合一起放入试管，连续接受放电几天，然后拿试管内的物质去分析。结果发现了几种蛋白质内常有的氢基酸，因而证实了尤列的假设。
在地球形成初期，大气仍充满氢和氢化合物的时候，就可能不断产生氨基酸。这些化合物慢慢淀积在地球表面，在海水边缘区形成浓溶液。生命所必需的一种化学成分就是这样产生出来的。
生命所必需的另一种成分是核酸，我们对其起源所知极少。
核酸的分子链中含有磷原子，这是大气中可能没有的。此外，核酸的合成需要高温，而不需要紫外线辐射或放电。
一项大胆假设认为，核酸是产自受过雨水冲洗的火山的活动，可是这项假设还没有确切的实验证明。
第二个疑问是：海水里的这些蛋白质和核酸溶液，怎会演化成有繁殖力的原始生物呢？地球上生物演化初期，达尔文的“生存竞争”原理无疑是起着作用的。
事实上，达尔文的演化原理可以向后推过有生命与无生命的模糊界限，应用到简单的无机反应。如果把铁粉和银粉混合物暴露于氧中。因为铁的氧化过程比银的迅速，所以产生的氧化铁会比氧化银多。
同样，溶于原始海洋里的蛋白质分子，也必发生过演化的化学过程，但这个过程也许较为复杂。那些在本质上反应较迅速的分子，显然较反应慢的分子占上风。
有机物初期生长的情形，仍是一个谜团，因为早期的生化反应，不能在当时的岩石里留下化石遗迹。至于有机分子什么时候和怎样能够繁殖其他有同样化学性质的分子，现在也无法稽考。
我们只能推测，这种进展必定在已知最古老化石形成前的地质年代发生。地球上已知最古老的化石，是一件在南非一些黑硅石薄片中发现的原始细菌化石，约有三十五亿年历史。
在已发现最古老化石以前生存的有机体，我们也没有多大机会发现大量的证据，因为较早期的生物，必定是非常微小的软体有机体，与有机分子没有多少差别。事实上，假如有某种法术，可以让我们回到约三十亿年前的话，原始的水池里和陆块的岩质斜坡上，都会发现好像是没有生命似的。
只有在缜密观察之下，才能发现在这个行星表面已有生命存在，而且许许多多不同的微生物甚至已在全力竞争求存。我们的行星在演化的早期阶段，地表仍然暖和，而且目前海洋盆地里的水，大部分还存于大气中，构成一厚层浓云。
阳光不能直接穿透这层浓密的大气到达地球表面。
在这种阴湿黑暗环境中仍能生长的生物，必然仅限于完全不须阳光就能生存的微生物。
这些原始有机体之中，有些必须依赖其周围溶在水里的有机物质维生，但是也有一些逐渐习惯于完全依赖无机养料。属于第二类的“食矿物的”有机体，现仍可在“硫细菌和铁细菌”内找到。
它们藉硫和铁的无体化合物起氧化作用，获取生命力。这类细菌的活动，在地球表面发展过程中，起了极重要的作用。
举例来说，铁细菌可能与许多蕴藏丰富的沼铁矿床有关。沼铁矿是世界上工业用铁的主要来源。
随着时间的推移，地球表面逐渐冷却。
积聚在地表的水越来越多，同时遮掩太阳的浓云也逐渐消散。这时阳光很容易穿透大气到达地球。
在阳光的作用之下，有些原始微生物慢慢生出叶绿素。这样使微生物能利用太阳辐射的能，把空气中的二氧化碳变成生长所必需的简单化合物。
这种“赖空气维生”的可能性，为有机生物的进化打开了新境界，最后达到目前可见于近代植物界的高度发现和复杂形态。
但是有些原始有机体选择另一种生长方式。它们不靠利用空气中的二氧化碳来合成养料，却利用寄生在植物上摄取养料的方法，得到“现成的”碳化合物。
其中有些寄生有机体，很快就生长出移动的能力，在竞争养料时在占便宜。在寄生生物中，又有一些对单植物养料感到不足，于是开始互食。
捕捉食物的需要，或逃避追捕的需要，演化出更好的移动方法。经过亿万年以后，终于养成动物界自行移动的适应性变化。
容易变形的软体动物，不能在水里迅速移动。
要移动快捷，需有坚硬的流线型体形，以及配合坚硬“活动部分”操作的肌肉。坚硬的躯体部分还可抵御攻击，同时也是攻击其他动物的好武器。
在地球的原始海洋里，适者才能生存。因此，这些优点的发展，使胶状似的软体动物，演化成生有利爪的坚甲动物。
坚硬肢体的进化，对动物有极大好处，也对近代古生物学家有极大帮助。地球内部之谜
1906年4月17日晚，对著名的歌剧演唱家恩里科·卡鲁索来说，是又一个成功的晚上，他在旧金山的一个歌剧院的演出受到观众们持续不断的喝彩。旧金山是一座热情而友好的城市，无论何时来访，旧金山给他的感觉都是宾至如归。
但是到了第二天早上，他发誓再也不会踏进加利福尼亚州半步，更别提旧金山了。那天早上5点13分，突然发生了一场巨大的地震，卡鲁索从他下榻的宾馆中**着身子逃了出来，当时宾馆正在塌陷。接下来的三天里，地震摧毁了整个城市。
老鼠的“家园”也连同这座城市的建筑物一起被摧毁了，由老鼠带来的鼠疫爆发了。然后，关于旧金山的猫的故事开始流传，并出现在报纸上，许多人称他们家的猫在地震发生前变得狂躁不安，猫能先于人类预知地震的发生吗？一些人对此深信不疑，决定去买一只猫来对下一次可能发生的地震进行预警。
猫能否预知地震的发生？科学家因此接受了采访。
“一派胡言”，科学家说，“这纯粹是无稽之谈”。猫能感知即将来临的地震的说法只是一种民间传说罢了。
在旧金山的废墟上，人们重新建造了更加坚固的建筑物，在随后的几十年间，这些建筑物在几次小地震中安然无恙。然而，不幸的事情再次发生了。
1989年秋天的一个晚上，美国举行了第二届世界职业棒球大赛，来自两个地区的选手，一个是旧金山巨人队，一个是奥克兰运动队，进行了比赛。恰好在那个晚上，一场大地震再次摧毁了城市。
人们屏住呼吸从电视上观看房屋摇摇欲坠、高速公路轰然倒塌、大火冲天而起的情形。在人类历史上，没有哪次地震像这次一样在发生时被如此多的人所目睹。
结果，关于猫的古老的故事又流行起来。1906年的地震发生在半夜，可以很容易就把猫的故事当成神话而不加理睬。
但是这次就不同了，当下班后的警察和消防人员呆在家里等待棒球比赛开始的时候，地震发生了。在此之前，关于猫的传言正迅速传遍各地。
实验室技术人员、医生和其他受过高等教育的人都在讲述着同样的传闻，旧金山的猫再一次变得狂躁不安了。也许这些“无稽之谈”并非完全“无稽”，因此科学家开始研究猫在地震中的行为。
在20世纪末，与地震相关的猫的行为的研究被视为英明之举的事实告诉我们，一些关于地震的预测是完全没有依据的。地质学家也许能很自信地进行预测，例如，洛杉矶肯定“很快”会在某个时候发生地震——但“很快”这个词可能是指“明天”，也可能是指“30年以后”。
与地震预报相比，天气预报似乎准确得多，尽管我们经常听到“冷锋即将到来，很快就会下雪”之类的天气预报，但实际上，冷锋并没有到来或下雪根本是无影之事。但即使如此，我们现在已经比1906年旧金山大地震时知道的多得多了。
例如，直到1912年，大陆漂移的思想才第一次被阿尔弗莱德·魏格纳（德国科学家，出生于1880年）提出来。在此之前，不管是科学家还是非科学家，都认为从地球形成的那一刻起，陆地就一直像现在这样存在，亘古不变。
魏格纳对随后成为大气研究新学科的气象学很感兴趣，并一直在研究格陵兰岛。据推测，可能是环绕格陵兰岛水域的浮冰给了他联想到大陆也许在运动的灵感，他开始寻找支持这一猜想的证据。
最后，他发现不同大陆之间有两种联系。一是地质学上的联系，同时代同种类的沉积物出现在宽广的大洋的两岸。
其二，相似的古代动植物化石出现在不同的大陆。尽管在20世纪的世界，这种相似性很少存在，每个洲都有自己独特的动物群和植物群。
西红柿、玉米和土豆对美洲新大陆来说是本土特产，但是卷心菜、茄子和西葫芦对欧洲来说是本土的，同种的排他性质在许多动物中也存在。然而，在不久的过去，一些植物和动物不止在一个洲存在，一个鲜明的例子是舌羊齿属种子蕨，它生活在2．7亿年前，遍布今天的南美洲、非洲、澳洲和亚洲等地。魏格纳清楚地意识到曾经存在一个超大陆。
1915年，他出版了《海陆的起源》，在书中他详细地陈述了这一理论，即地球上所有的大陆曾经有一个共同的“母亲”，他称其为“联合古陆”。
一些科学家对这一理论很感兴趣，并且发现魏格纳的证据是很有说服力的，这些相对较少数的一群人被称为“移动者”。但大多数地球物理学家却追随他们杰出的英国同行哈罗德·杰弗里斯爵士，他通过对地震的研究发现地球内部是完全刚性的，大陆怎么可能移动呢？不幸的是“移动者”不能提供任何有力的力学机制来证明大陆运动是可能的。
直到20世纪60年代，即魏格纳死后30年，这种机制才被发现。要不是因为20世纪50年代核潜艇的发展，正如西蒙·兰姆和大卫·辛顿在他们1998年出版的《地球故事》中所指出的，“这种发现可能要花更长的时间”。
为了发展核潜艇技术，不仅需要海面地图，而且需要海底地图。美国海军提供了足够的基金发展大型项目，这使得一种新技术——回声探测技术得到广泛应用。
这种技术用于记录小型爆炸物投入到水中所产生的震动。人们猜想海底经过数百万年的海水运动和沉积物的磨损，应该是相当光滑的，事实证明这种猜测是完全错误的。
最令人惊讶的发现是“海底居然有一个连续的山脉，它整整环绕地球一圈”。正如兰姆和辛顿写的，“事实上，这是地球上最长的山脉”。
更令人惊奇的是，海底有断裂带，海底犹如被刀从与海底山脉成直角的方向切割成许多块。这个发现意义重大，海底很显然不像以前认为的那么古老，它也与陆地一样受到火山和地震活动的侵袭。
1960年，普林斯顿大学的哈里·赫斯开始把这些新发现和一些早期的长期以来激起他兴趣的发现联系起来，创立了一个新的关于海底变迁的理论。
海底有洋中脊（海底山岭）和平顶的水下“岛屿”（被称为“海底平顶山”）。
洋中脊很明显正在上升，但是海底平顶山很显然正在沉没，它们的顶部可能曾经升出过海面，山顶可能是曾经受到侵蚀而变平的。这意味着海底岩石的密度比陆地的大，造成它们沉人上层地幔，地幔位于地球表面地壳和地核之间。
上地幔和下地幔包含的物质密度从下往上逐渐增加。赫斯相信深海山脉肯定是因为一些内部力量被推上来的，然后再次沉没。
他把这视为持续改变海底形状的巨大的“传送带”。海底不是平坦和静止的，而是在不断进行自我改造。
佛瑞德·凡因是剑桥大学的研究生，他听了赫斯的一次著名演讲后，把赫斯理论又推进了一步。
凡因被派去分析英国测量到的印度洋的地磁结果，关于地磁的研究获得了一个重要的发现，那就是地球的磁场在地球历史上曾发生过多次反转。指南针现在所指的方向是北极，但是当磁场反转时，它所指的方向是南极。爱德华·布拉德爵士认为，位于地幔和固态的内部地核之间有一个包含液态（熔融态）的铁外部地核，这个熔融的地核将像“发电机”不断产生正负交替变化的电流一样，产生南北极不断反转的磁场。
这一理论的证据的获得依靠一种测定岩石年龄的新技术，这一技术利用了放射性衰变的原理，科学家发现，火山岩浆冷却成岩石时会捕获空气中的氩气，利用氩气的放射性衰变就可以测出岩石的年龄。加州大学伯克利分校的科学家对岩石年龄的测定结果表明地球磁场确实大约每百万年反转一次。
1963年，凡因与他的督学德拉蒙·马修斯得出结论：在海底肯定有两条“传送带”，分别位于洋中脊的两边，滑向一边，每次当磁场反转时造成条形效应。
由一些科学家如J·图佐·威尔逊和阿兰·考克斯所做的进一步的工作支持赫斯和凡因的理论，阐明了海底的相邻部分经常不断地沿着断裂地带的边界彼此滑过对方。更有甚者，构成海底的岩石没有一块的年龄证明是超过2亿年的，比大陆的年龄几乎年轻10倍。
这种海底的滑动促使许多科学家开始重新思考长期被忽略的魏格纳的单一联合古陆的思想。如果在海底经常发生运动，大陆本身难道就不会移动吗？甚至连极其缓慢的移动也没有吗？许多地质学家和地球物理学家开始寻找能证明大陆确实在移动的证据。
阿拉斯加州的安克雷奇在1964年3月发生了一场里氏震级为8．6级的大地震，该地区正好是美国地质调查所的地质学家乔治·普拉弗克尔的辖区。因为在地震发生区域的陆地上没有大的断层线，他相信断层线肯定是在近岸的海洋中。
几年后，普拉弗克尔和其他地质学家指出，在世界上一些地区，海洋地壳正沉入地球内部，下沉的过程中，甚至可能挤入大陆地壳的下面，把大陆地壳抬起而造成地震。
这就是板块构造论的诞生。大大小小的板块构成所谓的“岩石圈”，这是地球的外壳。我们在上面耕种和建造城市的地壳只是岩石圈的顶部，平均大约有220英里（354公里）厚，这些岩石圈板块是运动的。
现在，这种运动已经通过卫星被测量到了。这种运动速度很慢，通常每年不足半英寸，但是成千上万年累加起来，就很可观了。
在不同地方，一个板块从另一个板块的上面经过（有时是互相经过对方）会造成板块突然失衡，结果会引发地震。两个板块施加在彼此之上的压力突然变得很大，有时必须释放——当一个板块或另一个板块断裂的时候，会发生大规模的地壳运动。
在旧金山1906年和1989年的两次地震之间，地球物理学家最终完全明白为什么地壳会断裂，他们也明白在世界范围内什么地方是最危险的。因为很明显，在那些地方两个板块的彼此摩擦，积聚了足够的压力。
加利福尼亚的圣安德烈斯大断裂至少在美国获得了最多媒体的注意，喜剧演员以“加利福尼亚南部陷进海洋”作为笑料。但是这种笑话是无知造成的，因为大地震有时是注定会发生的。
板块之谜的解开也有助于弄清楚地球组成的其他方面，但是越进入地表更深处，科学的猜测性就越大。外部地壳在大陆部分为200英里（32l公里）厚，延伸到海底仅仅15英里（24公里）厚。
上地幔主要由橄榄石和过氧化物，还有石榴石等矿物质组成；下地幔也由相似的岩石组成，但密度更大，因为它承受的压力更大。这种压力再加上地球深处的高温，足以把碳变成金刚石。
成为矿物的金刚石在火山喷发中从下地幔喷射出来，被埋葬在熔融的火山岩浆中，冷却后又成为玄武岩，一些金刚石被认为是从地表下600英里（960公里）处喷射出来的。只有利用金刚石，把它放在高压和在实验室中用激光束照射产生的高温环境下，科学家才能制造出极其少量的高密度的矿物结构，称为钙钛矿，正是它组成了下地幔。
地幔之下是一个液态（熔融态）的铁和镍的外部核心，以接近太阳内部温度的状态在晃**着——也许是猜想，有很好的理由相信这个猜想是对的，但是在这么深的地球内部，科学家只能依靠推测。在地震发生时，会产生P波和速度较慢的S波，这两种波能够被地震仪测量到，这些波的特性使得它们在运动过程中能揭示物质的类型。
熔融的地球外部核心包围着一个由铁和镍组成的固态内部核心，为什么熔融的外部核心不能熔化内部核心？有人猜想可能在一些地方，外部核心地狱般的温度大大下降，这可能应归功于对流（它可以在实验室中以一种低得多的温度产生），造成最热的物质像羽毛一样向上运动，把顶部更冷的物质替换下来，然后这些物质冷却后下沉到底部。
地球是一个“活”的星球，不仅是因为地球表面是由动植物构成的生态系统，还因为地球表面主要部分被水覆盖，动植物才能在这种平衡的大气系统中繁衍生息。
相反，月球上是一个死寂的世界，不管是内部还是外部，尽管它被认为也有一个存在了千百万年的熔融的核。因一个火星大小的天体与地球发生碰撞，使得月球从地球上分开。
火星是一个垂死的星球，现在很清楚它曾经有过汪洋大海，目前仍有足够的水造成一个薄的大气层和极区的冰。也许在火星地下捕获了大量的水作为冰冻层。
我们不知道火星上发生了什么使得它开始死亡——如果我们知道，也许会更小心地去对待我们自己的星球。另一方面，也许因为是在太阳系中我们地球恰好具有多种条件成为一个固体星球——一个能保留水的具有坚固的表面的世界。但是，我们不应该狭隘地对待这种观点，气态巨行星——木星显然没有任何种类的表面壳层，但大红斑和别的巨大的风暴系统可证明，它也以自己的方式“活着”。
在宇宙中的这个小角落里，地球很明显是独特的。
然而，非常独特的是地球的不可靠的平衡，人们相信液态的外部核心在某些方面天生是不稳定的——这种不稳定性可证明地球磁场为什么会每百万年左右反转一次。同时，地球活着的事实也说明它在不断变化，阿尔弗莱德·魏格纳的联合古陆（超大陆）说是对的，到20世纪80年代为止，地质学证据最终证明南美洲和非洲曾经是同一块大陆的一部分，也像所有其他洲一样。
实际上，任何小孩都能从世界地图上看出，非洲和南美洲的外形很吻合，就像拼图玩具的各个块。当然，人们在魏格纳时代之前就注意到了，但是，他们认为这是一种巧合或上帝的意志。
现在人们接受了这种说法，那就是联合古陆存在之前有一些分离的大陆，形状与我们现在的不一样。在这之前，还存在着另外一个“超大陆”，现在被命名为Rodinia，在俄语中是“母土”的意思。
一些地质研究甚至表明，类似的过程在此之前还至少发生过一次。
一颗能重新改变整个大陆形状好几次的行星——即使它大约花了10亿年——很显然是“活”着的，它以一种把人类的想象力扩展到极限的方式“活”着。地球复杂生命的历史仅仅追溯到6亿年前。
然而，更早以前，整个行星正忙于形成和再形成不同的样子，我们碰巧在沿着一个给我们地质享受的地方如直布罗陀海峡和多佛白岩行走，仅在3万年前，俄罗斯和阿拉斯加之间的白令海峡还不是水域而是陆地——这就是为什么爱斯基摩人（或者更确切一点，阿留申人）和美国印第安人（按照记录的历史，他们是美洲的土著，但是他们自己是从另外一块大陆来的旅行者）首先到达这儿。
撇开这个伟大的背景不谈，我们居然了解到地震是如何发生的，这是相当不同寻常的，我们将能指出地震何时将摧毁我们的城市，或者火山何时将开始建造新的山脉而置建造在它们的地基上的城镇于不顾？
当我们考虑“活”着的地球的全部历史时，有时地球似乎表现出一种傲慢，也许旧金山的猫能“猜透”地球的心思。