互动科普

9亿年前

环境：氧气含量大约1%，不断增多

人类的祖先：真核生物、

大陆：在南半球形成了罗迪尼亚超大陆

图. 大陆聚集到南半球

图片为9亿年前出现的罗迪尼亚超大陆。大陆分布是根据澳大利亚科廷大学李正祥教授等人的复原图制作的。

关于大陆的分布，迄今为止，科学家只能精确地复原到6亿年前，时代越久远，复原的难度越大。罗迪尼亚超大陆到底是怎样分布的呢？一直以来，科学家对其分布细节争论不休，各持观点。地质学家根据世界各地残留的地质信息，就像拼图游戏一样，把陆地一块一块地拼凑到一起，从而复原了各个时代的大陆分布。

罗迪尼亚超大陆形成

几个大陆漂浮拼合到一起，在南半球形成了一个超级大陆——罗迪尼亚超大陆。在因大陆碰撞而形成的地域出现了高耸的山脉。由于当时陆地上没有植物等生物，因此，遍地都是岩石和砂砾，一片荒凉。

全球冰冻和寒武纪生命大爆发的“舞台”

罗迪尼亚超大陆的广阔陆地不断受到风雨的侵蚀，导致生物需要的营养物质——磷酸盐等从陆地不断流入沿岸的海水中。日本岐阜大学的川上绅一教授认为，这很可能是造成生命在浅海突然大量涌现的寒武纪生命大爆发的原动力。

“罗迪尼亚”（Rodinia）这个名字来源于俄语，  原意是“故乡”或“母语”。后来，在沿海地区出现了埃迪卡拉动物群，并成为寒武纪生命大爆发的舞台，罗迪尼亚超大陆可谓名副其实的“母亲大陆”。此外，研究认为，陆地受到侵蚀也是导致全球冰冻的一大原因（将在下期介绍具体机制）

在这之前的12亿年里，地球一直处于变化较少的稳定时代。

21亿年前

环境：氧气含量约0.1%，持续急剧增多

人类的祖先：真核生物

大陆：虽然有火山岛以及小规模的大陆，但是具体位置不详

细胞内部大改造！真核生物出世

21亿年前，单细胞生物的结构发生了巨大的变化——拥有了用膜包裹着记录自身遗传信息的DNA的“细胞核”。于是，地球上第一次诞生了具有细胞核的生物——真核生物，尽管它们当时还只是最简单的单细胞生物。与之前的原核生物相比，真核生物的结构更加复杂，并具有各种器官。

线粒体就是其中的一个器官，通过氧化分解营养物质而生成能量，从而维系真核生物的生命活动。因此，研究认为，进化出线粒体是原核生物“跨越”到真核生物的一大关键。

以前，线粒体是一种独立的生物？

那么，真核生物是如何获得线粒体的呢？

在真核生物出现之前，地球上只存在着原核生物，它们的结构非常简单，DNA等“零件”散落在细胞内。一些痕迹表明，线粒体曾经是一种独立的生物，例如，线粒体内部存在独立的DNA等等。因此，研究认为，某种原核生物被吞噬到另一种原核生物体内，并最终形成了线粒体。

氧气的剧增是实现飞跃性进化的催化剂？

那么，为什么会出现飞跃性的进化呢？研究发现，当时，海洋和大气中的氧气含量开始急剧增多。利用氧气来分解营养物质，可以生成巨大的能量。因此，研究认为，一部分原核生物进化为有氧呼吸，而另外的原核生物则通过吞噬进行有氧呼吸的生物而适应了氧气含量持续增多的环境。

那么，在这之前，地球上是怎样的环境？其实，早期的地球上几乎没有氧气。当时的原核生物并不依赖于氧气而存活。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）