演化

多年来，专家更倾向于认为，人类在5万年前就完成了生物学上的主要演化过程。但是，要说人类已经停止演化，却又难以找到有力的科学依据。许多研究发现，近万年来，人类的体质特征仍在演化，其颅容量、身高、头骨形态特征、抵抗疾病的能力、人种间的差异程度等很多方面都发生了微小的变化。

人类自出现在地球上以来的数百万年里，他们的体质特征发生了很大的变化：颅容量增大，身高增加，下颌骨缩小，面部趋向扁平，牙齿数量趋向减少，两性的差异缩小，上肢相对于身体的比例下降了，骨骼的粗壮程度也减弱了。从猿到人，从四足着地到两足直立行走，人类的诞生以及演化是一个漫长且充满变数的过程。我们似乎都持有这样一个疑问：在未来的岁月里，人类是否还会演化？演化的趋势又会如何？

多年来，专家更倾向于认为，人类在5万年前就完成了生物学上的主要演化过程。但是，要说人类已经停止演化，却又难以找到有力的科学依据。许多研究发现，近万年来，人类的体质特征仍在演化，其颅容量、身高、头骨形态特征、抵抗疾病的能力、人种间的差异程度等很多方面都发生了微小的变化。

对更新世晚期以来人类颅容量加以研究，发现这个数值仍有微小的变化，且其演化趋势并不像人们想的那样继续增加，而是向着缩小的趋势发展。非洲成年男性的颅容量在6000年中平均缩小了95～165毫升，女性缩小了74～106毫升。中国的一些学者对全新世的中国人类颅容量的变化也进行过研究，发现从新石器时代到现在，中国男性颅容量缩小了53毫升，女性颅容量缩小了74毫升。颅容量缩小了，意味着颅骨尺寸缩小了，可见人类体质特征仍在发生变化。

对身高加以研究后发现，人类的平均身高也在变化。身高的数值与营养状况密切相关。有关研究显示，6000～4000年前的中国新石器时代居民，男性身高平均为1.65米，女性为1.54米。3000～1800年前的西周以及西汉时期居民，男性身高平均为1.67米，女性身高平均为1.55米。隋唐、宋及明时期，男性身高平均为1.66米，女性身高平均为1.56米。据2000年的中国国民体质监测报告，中国成年男性身高平均约为1.70米，女性身高平均约为1.58米。随着人们生活水平的提高，身高还会有一定程度的增加，但不会永远增长。

另外，人种间的差异正在缩小。约3万年前，当时的人类已经分布到非洲、亚洲、欧洲、美洲及大洋洲的广泛区域，并逐渐分化为不同区域的群体。早期人类地区间的差异很大，个体之间的差别显著。现代人按其分布区域及体质特征的不同，一般可分为三大人种类型，即蒙古人种、欧罗巴人种和尼格罗—澳大利亚人种。不同种族之间，其皮肤的颜色、头发的形状、身体各部分的相对比例、骨骼和牙齿形态、血液生化指标等都有所不同。

从生物学意义来讲，现今世界上所有的人类都属于同一个种——智人种。由于适应不同的环境条件（如日照、温度、湿度、气压等），形成了不同的亚种或地理种。但是到了青铜、铁器时代以后，人群之间的迁徙、混杂和基因交流情况日渐增多，特别是到了近代，种族之间的界限越来越模糊，并且出现了许多中间类型的种族，实际上已无一个种族能保持纯粹的血统。在不远的将来，人种的概念或许也会成为历史。

人类的演化包括更多的内涵，如智力、身体功能、基因或分子水平的变化、健康状况或对疾病的敏感度等。因此，在讨论人类是否仍在演化的问题时，需要考虑如何定义“演化”这个词。总而言之，可以得出结论：人类仍在不断演化，而且在某些方面可能是非常迅速地演化（想想电子计算机的出现怎样改变了人类的生活方式）。那么，人类将往何处去？鉴于人类演化的复杂性，目前还无法得出确切的结论。

目前看来龟类甲壳的形成，不是从背部的小骨板变化而来，而应该是由肋骨和腹部的骨板演化而来。

包括乌龟、鳖在内的龟鳖类是现生爬行动物中最原始的类群，也是恐龙时代的见证者。它们在白垩纪末的集群灭绝中劫后余生，从中生代开始一直延续到现在。

关于龟鳖类的起源，古生物学领域长期以来争论不断。这个问题之所以成为积年的悬案，主要是因为龟类的身体结构过于奇特，而想要研究这种奇特构造的来源又缺乏可靠的化石记录。龟鳖类化石并不少见，但是所有这些化石类群所表现出的身体结构和现生龟类几乎毫无二致。就算曾被认为最古老的龟类化石——德国三叠纪（2.1亿年前）的原腭龟，看上去也就是一种普通的龟类。它们不仅具有和现生龟类非常近似的甲壳构造，而且与后者一样，上下颌骨都没有牙齿着生，只有像鸟类那样包裹角质外壳的喙。

2008年，中国古生物学家在贵州关岭距今2.2亿年的地层中找到了更为古老的原始龟类化石。这种龟类的身体结构与已知所有现生龟类或者化石龟类都大相径庭。它的上下颌骨上还长着细密的牙齿。更奇怪的是，这种龟类的甲壳十分特殊，它的腹甲已经与现生龟类的十分近似，而背甲却几乎看不到，只有脊椎两侧几对形似柳叶的宽阔肋骨。古生物学家认为，这代表了背甲形成早期阶段的雏形状态。对于龟类来说，具有牙齿和尚未成形的背甲都是十分原始的罕见特征。这种迄今最古老的化石龟类被称为“半甲齿龟”，意思就是长着牙齿，只有一半甲壳（腹甲）的龟类。

在半甲齿龟被发现之前的很长时间里，古生物学家找不到龟类起源的直接线索，特别是弄不明白龟类甲壳究竟是怎样形成的，因此便提出两种假说，设想了龟类祖先两种可能的模样。第一种是龟类祖先背部皮肤中长着大量细小的骨板，这些小骨板在后来的演化过程中慢慢相互融合，同时向皮下下沉，最终又与脊椎和肋骨愈合，从而形成了龟类的甲壳。第二种是龟类祖先的背部皮肤中并不存在那些假设的小骨板，甲壳是由它们的肋骨在漫长的演化中渐渐变宽，随后相互衔接、愈合，最终封闭形成的。半甲齿龟是第二种假说的完美体现，是否说明它代表了龟类祖先的形态呢？

一个多世纪以前，欧洲古生物学家曾经在三叠系地层中发现另一种奇异的爬行动物化石。由于标本十分破碎，人们很难描绘这种动物的全貌，但可以肯定的是，这类动物具有加宽的肋骨和一个类似甲壳、由很多细小甲片拼合而成的身体构造。这种甲壳与一般龟类的甲壳不同，却类似于一种叫作棱皮龟的现生海龟的甲壳。鉴于此，古生物学家将这种化石命名为“Saurophagis”，sauro是指爬行动物，而phagis则是幼小棱皮龟的意思。中国科学家将其译为“龙龟”。

长期以来，龙龟类的化石极为罕见，欧洲发现了少量标本，其中一些重要的材料却又在第二次世界大战中丢失了。直到2011年，中国学者在云南、贵州地区找到了这种动物相对完整的骨骼，才得以一睹它的真面目。中国的化石标本被命名为云贵中国龙龟。云贵中国龙龟的情况非常符合前面提到的第一种假说，即龟类甲壳的背部骨板起源假说所描述的情况。地层资料表明，中国龙龟的生存年代要比半甲齿龟早2000万年左右。

中国龙龟和半甲齿龟，究竟谁是今天龟鳖类祖先的形态呢？根据现有的材料，通过复杂的古生物学方法考证，科学家认为，中国龙龟与龟类祖先无关，而半甲齿龟则代表了目前最为可靠的原始龟类。所以，目前看来龟类甲壳的形成，不是从背部的小骨板变化而来，而应该是由肋骨和腹部的骨板演化而来。

值得一提的是，三叠纪时楯齿龙类中的无齿龙，身体很宽，背部和腹部都覆盖着骨板，看起来很像今天的海龟。它们生活在浅水中，和龟鳖一样，没有牙齿而有喙，用来吃贝壳。但是它们早就灭绝了，和现生的龟鳖类没有任何关系。

关于叶的起源，比较流行的有两种看法：有人认为，叶是由茎表面的突起逐渐演化而来的，这种观点用于解释具有单一叶脉的小型叶植物如石松类叶的起源，有一定的说服力；另有人认为，随着植物末端的茎分枝复杂化、扁平化，才逐渐演化出扁化的叶，这种叶往往具有复杂的叶脉。扁平叶出现于早泥盆世。

叶对于植物非常重要。植物的叶含有叶绿素，是进行光合作用的主要器官，而植物的蒸腾作用大部分也是通过叶上的气孔来实现的。

从植物解剖学的角度讲，叶位于植物的茎上，因此只有维管植物才长叶，即蕨类植物、裸子植物和被子植物等植物都有叶。而苔藓植物、藻类等植物并没有叶，它们拥有的是与叶相似的器官叶状体。

最早的陆生植物还没有演化出叶，它们的光合作用与蒸腾作用很可能是通过细小的茎来完成的。关于叶的起源，比较流行的有两种看法：有人认为，叶是由茎表面的突起逐渐演化而来的，这种观点用于解释具有单一叶脉的小型叶植物如石松类叶的起源，有一定的说服力；另有人认为，随着植物末端的茎分枝复杂化、扁平化，才逐渐演化出扁化的叶，这种叶往往具有复杂的叶脉。扁平叶出现于早泥盆世。

植物的叶子具有复杂多样的形态，而它们又易于保存为化石记录，因此叶的形态学特征往往是古植物的重要鉴别依据。最典型的是古生代出现的各式各样的蕨类植物。它们往往长有羽状复叶，即若干枚单叶交互对生，构成整体的复叶。单叶的整体形态以及叶脉样式都是鉴别古植物的重要特征。

提到叶脉，有必要说一说大羽羊齿。大羽羊齿是一种已灭绝的蕨类植物，二叠纪时期分布于亚洲东部的热带地区，是中国华南二叠纪植物群的代表植物之一。大羽羊齿长有大型羽状复叶或单叶，小羽片中脉明显，羽状侧脉分为1～2级，细脉分叉组成羽状脉或单网脉，有的具有2级或3级侧脉形成网状叶脉。这是十分有趣的，因为通常来说，被子植物才具有复杂的网状叶脉，因此大羽羊齿有可能是被子植物祖先的近亲。但是，目前尚未发现二叠纪被子植物的化石记录。

北京大学陆健团队和中国科学院上海巴斯德研究所崔杰团队在《国家科学评论》上发表的论文在引起公众关注的同时，也遇到了学术争议，一些学者要求撤回该论文的手稿。

资料来源:gemmlearning.com

编译珍婷詹姆斯。魏

编辑齐一引用了詹姆斯的话。魏

上周，北京大学陆健团队和中国科学院上海巴斯德研究所崔杰团队在《国家科学评论》上发表的论文在引起公众关注的同时，也引发了学术争议，一些学者要求撤回论文手稿。

本文分析了103个新冠状病毒的基因组，指出在它们的遗传序列中有两个单核苷酸突变位点8782和28144，可用于将新冠状病毒分为两个亚型，即L型和S型。由于70%的测序基因组样本属于晚期L型，作者认为新冠状病毒已进化成一种更具攻击性和传播速度更快的类型。(详情:中国学者:新皇冠病毒已进化成两种不同传染性的亚型)

这项研究发表后，学术界收到了许多反对意见。爱丁堡大学的分子进化生物学家安德鲁·兰鲍特告诉《科学》，“他们发现的一个病毒分支的生长可能是偶然的。”然而，来自格拉斯哥大学的四名研究人员直接在www.virological.org网站上发表文章称“论文的结论是没有根据的”，并要求作者撤回手稿。

格拉斯哥大学的研究人员在质疑文章中指出，单一的非同义突变不能作为评估病毒功能重要性的标准，因此不能用来定义病毒的亚型。截至3月2日，在Cov-GLUE数据库中已鉴定出111个非同义突变。然而，没有证据证明这111个突变对宿主感染或传播率等功能指标有显著影响。

他们还指出，大多数病毒样本中特定突变的存在并不意味着这些携带突变的病毒一定具有更高的传播能力。作者在没有进一步的假设验证和传播速率估计的情况下直接给出这样的结论是不正确和不负责任的。此外，在病毒爆发的过程中，人与人之间的传播过程是一个随机事件，每个传染源的实际传播效果高低不一。这种小规模的流行病学现象将导致不同的突变类型在流行病中以不同的频率出现。此外，研究样本来自暴发的早期阶段，确定L和S类型的8782和28144突变可能是随机遗传漂变。作者观察到样本基因组中70%的L型和30%的S型也可能是随机结果。

此外，格拉斯哥大学的研究人员还认为，在新冠状病毒爆发期间选择性抑制非同义突变的结论是有问题的。由于该论文发表后受到媒体的广泛关注，至少有35篇文章或报道提到了论文的主要结论。格拉斯哥大学团队认为这将误导公众并引起恐慌，并直接表示“这篇论文应该撤回”。

目前，该论文的通讯作者之一、北京大学生命科学学院的研究员陆健已经对此做出了回应。他首先表示，发表该论文的《国家科学评论》(National Science Review)杂志将邀请专家对这场学术辩论发表评论，并指出争议双方已同意通过该杂志进行全面沟通。陆健认为格拉斯哥大学的学者误解了这项研究，并对病毒突变及其功能意义、L型和S型的分布差异以及突变进化的计算等问题作了简要回答。他说，更具体的回应和完整的讨论将通过国家科学评论进行。

争议从未停止。

这并不是该流行病中第一次因对病毒突变的不同理解而引发争议。据《科学》杂志报道，德国病毒学家克里斯蒂安·德罗斯滕也遇到过类似的情况。此前，他从一名在意大利感染了冠状肺炎的患者身上分离出病毒，并对其进行了测序。他发现其基因组序列与一个多月前从德国慕尼黑一名患者身上分离出的病毒非常相似。两者都有三种在中国早期爆发的病毒序列中没有的突变。他意识到这一现象可能会使人们认为意大利的疫情是由慕尼黑的病人传播的。然而，流行病学调查结果表明，这一推断是不成立的——也有可能是携带这三种突变的病毒株从中国独立传播到意大利和德国。

德罗斯滕公开指出，这项研究可能会被误解，但他的声音没有被认真对待。几天后，美国学者特雷弗·贝德福德(Trevor Bedford)将上述数据作为证据，并在推特上直接宣称，病毒在德国慕尼黑的传播没有得到遏制，导致了意大利的疫情爆发。他的推特被广泛传播，一些媒体声称“慕尼黑疫情可能引发了欧洲疫情的爆发”。随后，网民要求德国道歉。直到后来，一些专家指出贝德福德基于系统学的结论过于草率。贝德福德自己也承认在这些数据中有可能得出另一个结论，并承认他在社交媒体上说话时应该更加谨慎。

很难得出结论。

然而，对病毒测序结果的分析并没有带来所有导致混乱的“自己的目标”。贝德福德利用从美国华盛顿州分离的前两个菌株的序列来判断这两个菌株之间的高度相关性。传播途径可能非常接近，并成功预测了该地区疫情的爆发。

然而，利用新冠状病毒的现有基因组序列数据来判断传播途径或病毒进化仍然是困难的。部分原因是目前可用的基因组序列只是全球100，000多个病例中的一小部分。尽管来自中国的病例占所有新诊断病例的80%，但已公布的基因组序列中只有三分之一来自中国，而且绝大多数是早期病例，关于随后病例的基因组序列的报告很少。此前，科学网曾报道并分析了这种情况的原因，指出这可能是1月21日复旦大学张永珍教授的团队公开发布病毒基因组序列后，其他科研团队抢先利用这些数据发表文章造成的“不良后果”。

此外，中国的大部分样本来自疫情的早期，大多数病毒的基因组序列仍然非常相似，因此很难得出结论。巴塞尔大学的计算生物学家理查德·内赫说:“目前我们只有几个突变，很难对病毒进行清楚的分类。随着疫情的发展，我们希望看到更多的基因多样性和更独立的家系，这可以让事情变得更清楚。”

Drosten认为大多数基因组序列的改变不会改变病毒的行为。确认病毒基因突变是否具有实质性影响的唯一方法是在细胞培养或动物模型中进行研究，例如，证明突变的病毒能够进入细胞或更容易传播。此外，如果病毒确实发生了重大变异，影响可能是双向的——其风险可能会增加或减少。在2018年发表的一篇论文中，他的研究小组发现，在2002-2003年严重急性呼吸综合征(非典)爆发之初，病毒失去了其基因组的一个片段，即一个基因中的29个核苷酸。在实验室中重新编辑和添加这些核苷酸可以使病毒在各种细胞培养模型中具有更强的复制能力。

回到陆健和他的同事们所面临的学术争论，也许只有和同事们进行透明而深入的讨论，我们才能看到更清晰的判断和结果。

新皇冠病毒进化更强版本？国际学者强烈反对它！

中美两国的科研团队分析了2000万年前的智利猴头骨化石，发现不同分支猿的大脑是“逐步”进化的，只有人类分支的大脑是跳跃进化的。

智利猴化石揭示人脑高速进化趋势

美国《科学进步》杂志21日发表的一项研究表明，人类大脑的增长不是进化过程中缓慢积累的结果，而是根据进化模型快速发展的结果，这种进化模型不同于700万年前从大型类人猿中分离出来的其他类人猿。

这项研究是由中国科学院古脊椎动物研究所与古人类学研究所和美国同行合作进行的。该研究所的研究员倪锡军告诉新华社:“在不同分支的猿类中，大脑的进化趋势是相同的，但人类分支大脑的进化趋势明显不同。开个小玩笑，如果自然是理性的，那么人类的大脑一定接近疯狂。”

四千万年前，宽鼻猴和窄鼻猴独立进化。因此，宽鼻猴是研究包括人类在内的窄鼻猴大脑进化的自然参照系，而曾经生活在南美洲的卡拉斯科智利猴是这一参照系中最关键的已知参照点。

研究证明，宽鼻猴和窄鼻猴的祖先有相对相似的大脑，但结构不同。在4000多万年的进化过程中，两组都有脑体积增大的趋势。除了人类分支，两者之间的增长比例非常相似，并且会聚演化出宏观特征，例如嗅球收缩和脑沟增大。

研究人员说，自从人类谱系与类人猿分开进化以来，大脑体积的增加与其他类人猿完全不同。相对于自身体重，人类的相对脑体积是猿的3倍以上，进化和积累的因素被去除了。

大多数生物，从微小的昆虫到巨大的鲸鱼，都需要通过性来繁殖。然而，这种看似合理的行为已经成为困扰生物学家一百多年的问题。有性生殖的意义是什么？性需要大量的能量，甚至威胁到生存，但是为什么超过99%的真核生物选择有性生殖呢？最近，《公共科学图书馆生物学》发表的一项研究指出，性行为可能是由癌细胞驱动的。。。

99%的真核繁殖方法

有性生殖通常是指需要双亲提供遗传物质的生殖过程。大自然也选择了最简单的方式。父母将染色体的一半分别收集到一个性细胞(或称“配子”)中，两个配子融合后就实现了有性生殖。

然而，从个体生存的角度来看，有性生殖清单是非常不经济的。首先，有性生殖需要通过性行为来完成，这意味着个体需要花费大量的时间和精力来寻找伴侣或求爱。此外，性细胞还需要做许多改进，以确保它们不会向后代传递错误的信息。更重要的是，物种之间必须确保生殖隔离，以维持整个物种的生殖。个体的每一次一次性行为也决定了整个物种的生存。

无性繁殖要简单得多，只需要两个繁殖和分裂过程就能产生两个新个体，这不仅机理简单，而且非常节能。“双重消耗”原理是比较两种繁殖方式能量消耗最直观的理论:有性繁殖父母需要双亲，无性繁殖只需要双亲之一；在两个后代的相同情况下，有性生殖产生一个雄性和一个雌性，这为群体生殖提供了基础，而无性生殖在两个雌性的第二代中可以继续生殖。无性繁殖非常有效，但奇怪的是，自然界中只有不到1%的真核生物使用无性繁殖。

为什么生物体应该选择更复杂和消耗能量的繁殖方法？一百多年前，德国进化生物学家奥古斯特·韦斯曼提出，“有性生殖是个体间遗传变异的来源，也是自然选择的基础。”在他的想法中，性行为可以“汇集”基因中有利于生存的部分，并消除不利的部分。

性别和基因

20世纪30年代，遗传学家费希尔和穆勒首次提出了基于魏斯曼的有性生殖系统理论——费希尔-穆勒假说。该假说认为，有性生殖可以加速优秀等位基因整合到个体中，而无性生殖需要很长时间来等待。因为有性繁殖可以快速整合一个物种的显性基因，费希尔等人认为这对整个种群的稳定非常有利。

然而，在20世纪70年代，有一个与费希尔-穆勒假说相反的声音。这些新理论的支持者认为，性不是为了人口的延续而进化，而是为了个人的利益而存在。这也是“红皇后”假说的核心。汉密尔顿等人将这一理论描述为:只要基因组合的频率足够高，有性生殖就可以加倍以获得有利的性状。通过更多的组合，个体可以产生罕见的基因型并获得抵抗病原体的能力。这一假设甚至得到了动物实验的支持。在大型溞中，通过有性繁殖抵抗病原体的能力是无性后代的两倍。

这两个假设都是基于基因和有利的特征，但是它们都有一个未解决的问题，那就是，如果性真的存在以加速基因整合，那么为什么性是随机的呢？自然地，具有良好特质的个体不会被迫相互交配。如果最强壮的双亲被允许繁殖，获得超级强壮的个体不是会更快吗？作为回应，最近发表在《公共科学图书馆生物学》上的一项新研究提出了一个全新的理论:性行为是随着感染癌细胞而进化的。

法国蒙彼利埃大学的进化生物学家弗雷德里克·托马斯是这项新研究的主要作者，他提出了一个非常尖锐的问题:“如果你已经感觉足够强壮并拥有健康的生活，那么你的基因组合就是完美的。为什么不自己创造另一个呢？”

癌细胞在生活中进化性别？

癌细胞对早期生命来说不是问题。这些原核生物或单细胞生物通常无性繁殖，通过复制染色体然后分裂产生新的个体。然而，真核细胞出现后，事情开始变得复杂起来。真核细胞趋向于聚集在一起，从而产生多细胞个体。

这些多细胞个体面临一个可怕的敌人，癌细胞。因为这些细胞倾向于不受控制地生长，消耗大量个体能量，甚至导致个体死亡。癌症也被认为是多细胞个体特有的“疾病”。一些癌细胞会因为宿主的死亡而消失，但最近的许多研究发现，还有一种传染性癌细胞可以在某些动物物种中传播。这些传染性癌细胞可以通过性行为、被动接受行为(如被对方攻击或咬伤)等传播。

无性繁殖可以节省很多能量，但是仅仅因为后代的基因组是相同的，癌细胞就更容易在个体间传播。其他人的癌细胞不会被他们自己的免疫系统识别。同样，他们自己的癌细胞很容易感染其他人。研究人员认为这些传染性癌细胞可以与细菌、病毒或其他病原体相提并论。传染性癌细胞也非常努力地改变它们不同于宿主的部分基因组来感染其他个体。

为了对付这些传染性癌细胞，多细胞个体只能进化出免疫系统可识别的部分来区分哪些细胞是他们自己的，哪些是外来的。那么最好的方法就是结合一套完全不同的基因组，这样产生的新的个体基因就必须不同于其他个体。

然而，碰巧性行为可以完全实现这个目标。双亲各提供一半的基因组，可以混合在一起形成一个全新的后代。新生后代是感染癌细胞从未接触过的个体，因此没有办法处理个体基因组，这可以大大提高后代识别和消灭癌细胞的能力。

面对癌细胞的压力，生物个体可能最终决定放弃无性繁殖，接受耗时耗力的性行为。“癌细胞可能在生物进化中发挥重要作用。这不仅是一种疾病，也是一种进化力量。”托马斯说你认为癌细胞会随着个体的死亡而消失，但是如果不是这样呢？你是否也意识到癌细胞一直存在并且不能被干净地清除掉？

当然，这一全新的假说仍需改进和验证，尤其是父母和后代基因组是否不同，能否成为抵抗癌细胞感染的关键因素。如果我们能解决这个问题，也许我们还能从这种已经进化了几百万年的性行为中找到征服癌症的线索。托马斯强调了许多生命现象的复杂性。“在生物学中，许多事情不能用一句话来完全解释。在性行为背后一定有更多的解释等待我们去发现。”

“在我们看来，肉就是肉，我们倾向于一概而论，但我们也知道，肉的不同部分的营养成分也是不同的。整个猎物的身体自然有营养，但头部特别有营养。”吉尔贝说。

据外国媒体报道，一项新的研究表明，猿类不仅以多种方式狩猎，其中一些方式相当令人震惊。例如，黑猩猩在吃亚成体猎物时首先吃它们的头(指的是未成熟的动物，如婴儿、少年和幼年动物)。然而，黑猩猩在吃成年猎物时很少表现出这种进食模式。生物学家说，研究这些捕食行为有助于理解早期人类的进化。

注意:在坦桑尼亚的贡贝国家公园，一只雄性黑猩猩正在吃一只红色疣猴。

一群黑猩猩栖息在坦桑尼亚贡贝国家公园的林地里。早在1960年，国际著名的动物行为学家简.古道尔就开始在这里研究黑猩猩。那时她只有27岁。后来，他们的团队发现了红疣猴。

黑猩猩正在寻找它们的猎物，一场战斗即将开始。隐藏的摄像机记录下了这一场景:猴子在受到惊吓后从树上逃跑，意外摔倒，黑猩猩利用这一点抓住了它们。

伊恩·吉尔比是亚利桑那州立大学的人类学家。他也是黑猩猩新研究的领导者。吉尔贝秘密拍摄了贡贝地区凯泽拉人口中一些黑猩猩的生活状况，希望对黑猩猩的食肉习惯和特征进行更深入的研究。

看完视频后，吉尔比注意到黑猩猩在吃未成年猎物时会先吃自己的头。吉尔比还发现，黑猩猩在吃成年猎物时很少表现出这种进食模式。

这一现象引起了吉尔比的好奇心，这可能与人类进化有潜在的联系。为什么猿喜欢先吃猎物的特定部分？

把大脑想象成食物

吉尔比认为这种行为与营养获取有关。

“在我们看来，肉就是肉，我们倾向于一概而论，但我们也知道，肉的不同部分的营养成分也是不同的。整个猎物的身体自然有营养，但头部特别有营养。”吉尔贝说。吉尔比的研究发表在最近出版的《国际灵长类动物杂志》上。

大脑不仅富含脂肪，还富含长链脂肪酸，可以促进神经发育。

先吃掉猎物的头！黑猩猩的捕食行为有助于揭示人类进化

注意:一只黑猩猩在打猎时抓到了一只年轻的红色疣猴。

黑猩猩可以轻易地压碎幼猴的头，但是压碎成年猴的头就不那么容易了。如果黑猩猩在捕猎成年猴子时也咬自己的头，那么猎物可能不会一下子被杀死，它们很可能会侥幸逃脱，因此黑猩猩狩猎的成功率会降低。

因此，当黑猩猩杀死成年猴子时，它们会采取更有效的进食顺序，先吃有营养的器官，如肝脏。这可能就是为什么贡贝地区的黑猩猩在猎杀成年猴子时会瞄准它们的鼻子。

德克萨斯州立大学专门研究灵长类生物的生物人类学家吉尔·普鲁茨说:“这可能是关于黑猩猩如何捕食的最早的定量研究之一。”。

为了营养还是简单的传统？

普鲁茨在塞内加尔的丰戈里研究基地研究了热带草原黑猩猩的狩猎行为。她还在研究基地看到了类似的进食行为，在那里，黑猩猩在猎杀小丛林猴子后会先吃它们的头。

学术界对此也有争论和怀疑。尽管黑猩猩是杂食动物，但肉不是黑猩猩的主要食物，那么它们为什么要捕猎呢？

普鲁茨支持黑猩猩寻找营养的假设，但她也说，该假设不能解释所有研究基地的不同行为。

再举一个例子，一些黑猩猩吃鸡蛋，但是一些不吃。在丰戈里研究基地，黑猩猩在猎杀狒狒后会扔掉猎物的头部和内脏。这些部位显然营养丰富，所以它们的行为很令人费解。

普鲁茨怀疑这是人口中的文化传统，也是其成员在工作中学习的传统。

除了捕食，研究人员还发现了一个奇怪的现象。2017年1月30日，一台隐藏的摄像机录制了一段罕见的视频，显示了一只黑猩猩被谋杀后发生的事情。这一幕相当可怕。一只黑猩猩被谋杀，它的身体被残忍地殴打，流血，甚至被肢解。制造这种恐怖的是一群黑猩猩。被杀的黑猩猩在死前是这个组织的领导人。这段视频记录了黑猩猩社会和政治的致命结果。自2005年以来，研究人员一直在塞内加尔观察一群黑猩猩。他们已经确认了一只名叫福多科的黑猩猩，它是这个团体的最初领导者。两年后，福多科从权力桌上跌落，被一群年轻的雄性黑猩猩推翻。2013年6月左右，富杜科试图返回该族群。在此之前，福多科已经在这个团体的外围生活了几年。最后，福杜科被他以前的追随者杀死了。黑猩猩很少被自己的群体杀死。虽然这个例子与捕食没有明显的关系，但它也可能为未来人类的早期进化提供一些信息。

肉类促进进化？

不管上述行为的原因是什么，研究黑猩猩的肉食也是有意义的。黑猩猩可能和人类有共同的祖先，所以这些研究可能有助于我们理解人类的进化。

吉尔比说，黑猩猩物种导致早期人类吃更多的肉。他还说，他的研究表明，吃肉的动机可能是获取脂肪。

“我们想把黑猩猩作为一个重要的研究对象，这是我们了解早期人类的最好方法之一。对黑猩猩捕食行为的研究越清晰越好，这样我们就能更好地假设早期人类行为。”普鲁茨说。

我们每天都照镜子，但下次你看到自己的脸时，请花点时间想想几百万年的进化造就了今天的你。我是认真的，想象一下。但是很难想清楚，对吗？因此，为了让你更好地理解，古代艺术家约翰·古奇制作了这个90秒的视频，带你进行一次视觉旅行——我们已经走了这么长的路才成为今天的物种。

这段视频发布于2013年。从那以后，科学家们由于新的发现对人类谱系做了一些调整，但它们与两年前基本相同。

这一旅程始于乍得的沙阿人，他们是已知最古老的人类祖先之一，生活在700万至600万年前的中非和西非。据信，该物种已经直立行走，并结合了猿类和人类的外貌特征。后来，我们改变了行程，看到了南方古猿阿法尔(也叫露西)、海德堡和尼安德特人等物种。这些脸慢慢变得越来越像人类。特别令人惊讶的是，即使在700万年后，一些面部特征仍然没有改变。

古奇与史密森学会的自然历史博物馆合作，创造了这些祖先模型，并出版了一本名为《塑造人类》的书然而，这不仅仅是一件艺术品，他非常仔细地观察每一个物种的化石遗迹，以便创造出最精确的模型。

总的来说，骨骼可以告诉我们一个特定物种是如何发展的...头或头或臂上的骨头可能有很强的肌肉标记，表明它们有屈肌。当你做这种工作时，你必须同时考虑艺术和美学方面以及科学的局限性。你不能只是自由幻想。

我们很高兴艺术家们愿意用他们的技能将艺术带入生活，因为不管你读过多少关于人类进化的期刊和文件，或者见过多少化石，没有什么能像这样击中要害——人类面孔的变化就在你眼前。耶鲁大学出版社写了关于他的文章:

有些人可能会问，重建这些原始祖先的身体有什么意义？骨头还不够吗？人类迷恋于将历史带入生活。历史不仅仅是纸上的文字或赤裸的骨骼。我们希望接近它，享受它，从中学习并受到它的启发，从而造福子孙后代。

猫狗之战已经持续了几个世纪，但是没有人知道他们的冲突是如何开始的。然而，一项新的研究表明，猫和狗之间的长期争斗对犬科动物的进化史产生了重要影响。

来自瑞典哥德堡大学、巴西圣保罗大学和瑞士洛桑大学的研究人员研究了2000多种化石标本，发现亚洲猫科动物进入北美对当地犬科动物的多样性产生了特别严重的影响。结果显示，这些猫最终导致了多达40种狗的灭绝。

参与这项研究的丹尼尔·西尔韦斯特罗解释说，尽管他们最初推测气候是影响生物多样性的一个重要因素，但研究发现不同食肉动物之间的竞争对狗的进化更为重要。

大约4000万年前，第一只犬类动物出现在北美。到2200万年前，它们的多样性达到了顶峰，整个大陆上有30多种不同的狗。然而，现代分析表明，目前在北美只存在9种犬科动物。

这些狗已经进化成更大更强的食肉动物。一些狗甚至重达30公斤，成为北美大陆已知的最大食肉动物之一。尽管现代大型食肉动物灭绝的风险比小型动物高，但研究人员还没有在古代犬科动物中发现类似的模式。

食肉动物进化的成功最终与它们捕食的能力有关。然而，有限的食物来源通常会导致一个地区不同食肉动物之间的激烈竞争。研究表明，北美的食肉动物可能符合这种情况，即古代狗和猫之间的竞争。

尽管猫科动物的到来给北美大陆的狗带来了巨大的负面影响，但狗对古代猫科动物生存的影响却是不同的。研究表明，猫科动物可能是比包括一些狗在内的灭绝的食肉动物更好的猎手。

“光棍节”是一个新鲜的节日，是为大多数单身人士设立的。它不想成为商家宣传下的购物狂欢节。那么光棍节是怎么来的呢？它是如何演变成购物节的？将来会改变吗？

光棍节源于一个辛酸的爱情故事

11月11日被形象地称为光棍节，而“11月11日”有四个孤独的“1”字，这非常适合光棍的形象。据说灯节的起源有N个以上的版本。

双11是单身人士知道的节日(在线卡通)

发生在南京大学校园里的凄美爱情故事，虽然无法证实，却有很高的传播率。

故事发生在1993年。主人公的名字叫穆。他的生日是11月11日。因为他们的特殊名字，他们从小学到大学都被昵称为“学士”。上大学后，他很难坠入爱河，但他没想到幸福会如此短暂。他的女朋友最终因病去世。从此，又成了一个人。在他高三的时候，他的室友陪他喝酒庆祝他的生日。四个人讨论了如何摆脱单身状态。四个人开玩笑说穆广坤的生日是“光棍节”。那时候在校园里聊天的四个男孩可能根本没有想到这一点。当时有一个笑话，“11月11日被称为光棍节”，在今天非常流行，它在许多节日中脱颖而出，风靡全国。

“我上大学时，光棍节甚至和情人节一样受欢迎。单身汉们都觉得自己好像被鸡血打败了。他们渴望在那天立即“脱光衣服”。那天我男朋友也向我坦白了，我的记忆犹新。“有些人回忆起他的青春太多了。

谁能理解单只狗的孤独(网络图)

巧合的是，光棍节又变成了购物日。

如果时钟设定在2009年11月11日，许多网民仍将是安静的单身汉。这一天，我和我的同学和同事吃了一顿光棍节晚餐。谁能想到现在他们已经成为了“双十一”中战斗力最强的“斩手族”。光棍节是如何演变成“双十一”购物节的？

2009年中后期，淘宝商城团队成员策划了一个嘉年华式的网上购物节，以扩大淘宝商城的品牌。他们偶然选择了“双11”日。

购物节后的快递之山(在线地图)

选择11月是因为它恰好在11月的黄金周和圣诞节促销季节的中间，而此时的天气正好是人们购买冬装的时候。然而，十一月没有节日，只有被网民昵称为“光棍节”的“十一月十一”。所以他们想，“没错，如果单身汉无事可做，那就多买些。"

还有许多公司在每月10号支付工资。

这个看似偶然的故事催生了一个新的消费节点。

从2009年开始，每年的11月11日，天猫、京东、淘宝等大型购物网站纷纷登陆。一般会利用这一天来进行一些大规模的打折促销活动来促进销售。近年来，各大电子商务公司竞相推出相应的“药方”——购物！最后，光棍节成了名副其实的全国购物盛宴。多年来，“双11”电子商务公司的销售额逐年增长，创造了销售神话。

2015年的“双11”想在春晚上“玩”

在2015年的“双十一”嘉年华中，湖南卫视11月10日晚启动了“双十一”电视晚会，可以说是今年“双十一”的最大亮点。

充满商业元素的双十一晚会现场(网络图)

晚会将进行4小时的互动直播，由著名导演冯小刚担任总导演。晚会在10号晚上8点开始，持续4个小时，就像春节联欢晚会一样。双十一春节联欢晚会的结束也是网上购物狂欢节零点的开始。

除了众多明星参加的晚会，消费者还可以通过电视、互联网、手机等平台边看边玩，并通过多场景互动，让大家一起参加“双十一”嘉年华。

在即将到来的“双11”中会创造什么记录？让我们拭目以待。

海洋的起源和演变

对海洋起源和演化的研究始于本世纪初。在此之前，人们普遍认为海洋盆地是地球表面的永恒形态，也就是说，自储水形成以来，其位置和分布模式是固定的。随着地球科学的发展，特别是本世纪初以魏格纳为首的革命性大陆漂移理论的提出，对近两亿年来海洋的起源和演化有了突破性的认识。

大陆漂移理论最初并没有得到很多人的支持，因为导致大陆漂移的机制，即力源问题，当时并没有得到很好的解决。1931年，霍姆斯等人提出地幔对流理论来解释大陆漂移的力源。然而，这一观点在当时很少受到关注。19世纪后期，一个关于地球收缩的全球构造理论被建立，以解释地球上为什么会有如此大规模的造山运动。然而，20世纪50年代后，随着全球海洋中裂谷巨大拉伸证据的发现，收缩理论被普遍抛弃。与此同时，地球膨胀理论迅速流行起来。膨胀理论认为地球在开始时非常小，它的直径是今天地球的一半。由于地球的大规模扩张，原来的地壳分裂成现在的大陆，分裂的地方不断发展成为现代海洋盆地。此外，由地球的大规模扩张引起的所谓大陆漂移表明，大陆块基本上停留在原地，也就是说，大陆之间以及大陆与地幔之间没有明显的运动。由于膨胀理论不能解释大陆地壳上广泛发育的褶皱山脉的结构特征是如何形成的，霍姆斯等人的地幔对流理论很快再次受到关注。20世纪60年代初，随着海底勘探数据的迅速积累，赫斯和迪茨首次将地幔对流方案发展成为海底扩张理论。赫斯在1962年发表了《海洋盆地史》一文，并提出了关于海洋起源的新观点，即海底扩张理论。赫斯认为，洋底的主要结构直接表现为地幔对流。海底扩张理论证明，大陆和海底是在流动的地幔上被动运动的，这不同于早期大陆漂移理论所提倡的海底大陆漂移。海底扩张理论提出后不久，海底观测的其他一些结果，如海底地壳结构、地磁、震源和地热流分布等。，为这一理论提供了有力的证据。在这种情况下，大多数学者都转向了海底扩张的研究。现在人们普遍认识到，海洋的起源和演化可以用海底扩张和板块运动的理论来解释，海洋盆地的固定理论似乎已经过时。地幔对流理论是海底扩张和板块构造理论中海洋起源和演化的理论解释基础。

现代研究证实，海洋最初是在大陆内部形成的，并开始于大陆岩石圈的裂谷。大陆在裂谷处分裂，彼此分离，从而开始产生新的海洋盆地。魏格纳曾以南大西洋两岸的巧合为出发点来阐述大陆漂移理论。事实上，南美洲和非洲这两个大陆的结合不仅与大陆边缘的地形紧密匹配，而且还连接着岩石类型和地质结构。现在已经证明，在二叠纪(2.5亿年前)，大西洋根本不存在。据估计，形成大西洋中部的大陆裂谷发生在晚三叠世(约1.6-1.9亿年前)。到侏罗纪末期(大约1.2亿年前)，大西洋中部可能已经开放了1000公里。南大西洋的开放始于早白垩世(约1.1亿年前)，而最初的裂谷发生在晚侏罗世(约1.3亿年前)；北大西洋的开放是最近的，开始于第三纪初期(大约6000万-7000万年前)。与此同时，北大西洋裂谷向东北延伸到格陵兰岛和欧洲之间，挪威海开始开放。从6000万年到2000万年前，挪威海、八分海和北大西洋主体都在扩张，但速度和方向都有所改变。总而言之，今天广阔的海洋盆地并不总是这样，而是地球长期运动和进化的结果。海洋由窄海湾向宽盆地的发展是通过不断的大规模海底扩张来实现的。海底扩张和板块运动都是由地幔对流驱动的。

自从地球的原始地壳形成以来，它从未停止过大规模地质结构的运动。因此，可以肯定地说，地球海洋和陆地目前的形状是过去几十亿年大规模地壳运动的结果。

地球的起源

地球的起源与太阳系的起源密切相关，因此在讨论地球的起源之前，有必要了解太阳系的三个主要特征。总之，它们是:

1.太阳系的九大行星围绕太阳逆时针旋转。太阳本身以相同的方向旋转，这被称为太阳系天体的各向同性。

2.上述围绕太阳运行的行星的轨道平面非常接近同一平面，并且该平面与太阳自转的赤道平面之间的夹角小于6°，这称为行星轨道运动的共面性。

3.除了水星和冥王星，所有其他行星围绕太阳的轨道都非常接近圆形轨道。这个特征被称为行星轨道运动的近圆性。

地球的起源已经讨论了很长时间。在古代，人们讨论过包括地球在内的宇宙的形成。在这一时期，关于宇宙起源的“创造论”逐渐形成。流传最广的是圣经中的创造理论。在人类历史上，神创论曾长期占据主导地位。

自从波兰天文学家哥白尼在1543年提出日心说以来，关于天体演化的讨论突破了宗教神学的束缚，开始了一场关于地球和太阳系起源的真正的科学讨论。1644年，笛卡尔在其著作《哲学原理》中提出了太阳系起源的第一个理论。他认为，太阳、行星和卫星是在宇宙物质旋转运动中形成的不同大小的旋涡中形成的。一个世纪后，布冯(德国哲学家)于1745年在《普通与特殊自然史》中提出了第二种理论。他认为大量的物体，大概是彗星，与太阳相撞，将太阳的物质分裂成碎片并飞入太空，形成了地球和行星。事实上，因为彗星通常质量很小，所以不可能从太阳中挤出足够的物质来形成地球和行星。在布冯之后的200年里，人们提出了许多理论。这些理论基本上倾向于笛卡尔的一元论，即太阳和行星是由同一原始气体云凝聚而成的。还有一种“二元论”观点认为行星物质与太阳分离。1755年，德国著名古典哲学的创始人康德提出了星云假说。1796年，著名的法国数学和天文学家拉普拉斯在他的著作《宇宙系统理论》中独立地提出了另一个关于太阳系起源的星云假说。由于拉普拉斯和康德的理论在基本论点上是一致的，后者称他们的理论为“康德-拉普拉斯理论”。整个19世纪，这一理论在天文学中占据了主导地位。

本世纪初，“二元论”再次流行，因为康德-拉普拉斯理论不能对越来越多的太阳系观测事实给出令人满意的解释。1900年，美国地质学家张伯伦提出了一个关于太阳系起源的理论，称为“星子理论”；同年，莫尔顿发展了这一理论。他认为，一旦一颗恒星靠近太阳，就会在太阳的前后产生巨大的潮汐，从而抛出大量物质，并逐渐凝聚成许多固体物质或粒子，称为星子，它们进一步融合成行星和卫星。

现代研究表明，莫尔顿的理论并不令人信服，因为宇宙中的恒星相距遥远，碰撞的可能性极小。由于所有灾变论的共同特征，太阳系的起源被认为是某种

50年，在漫漫时间的序列中只是轻忽的一瞬，即使对有生命的物种，这样的一些时间也不过是恒常岁月中千百代繁衍生息之余的惊鸿一瞥。然而，随着一个特殊物种的出现，时间的视界开始变化，如同漫漫长夜中的孤独灯火，人的在场使时间中的演化发生了根本改变。他们凝视自身和他者，为周遭的一切赋予意义，在改变中创造了演化的全新形式。或者，尽可以认为这样一种创造本身是由进化自己所赋予的，它催生了自己的观念对应物，改变了时间中意义变迁的速度，而最令人惊奇的，是它竟能在物种变迁之余肇始文化的源泉，并藉由敏因的力量为人的展开铺就不断延伸和转向的道路。

今天，我们中的大多数已将这些转变及其表现物视为当然，目不暇接的景物已有些令人炫目：每个季节都有时尚变化的絮语;一觉醒来，昨日那些耳目一新的话语已是老生常谈;流行体系的万般变化，又有谁能说得清?可是，表象终究需要识破，波涛之下的潜流也有其全然不同的面目。似乎不相干的事物，内里却可能出于一辙。50年前的事件，正由此进入我们的视野。

1953年4月，一个春意盎然的季节。享誉世界的科学杂志Nature发表了一篇短小精干的论文，看似平淡的叙述，却启开了此后连串的革命性事件。生物学的面貌因此而变得焕然一新，更为重要的是，自此以后，我们凝视自身的目光也洞入了肌肤的最深层。透过纽结盘绕的艳丽双螺旋，遗传和演化的终极主题得以汇合，在堪称本源的层面，生命现象得到了最完善的解释。 早在2000年前，人们已对物种代代繁衍相传的现象发生兴趣，生命从何而来又向何而去的问题在几乎所有人类早期文明中都能够见到。宗教的解释期冀于超然世外的神秘力量，然而上帝的力量终难于驾驭生命现象的极端多样与复杂，并不存在的神灵也终究无助于我们对自身的审视。另一方面，始终有人坚信，生命的本质只能从对生物自身的研究中去揭示，只有回到现象中才能发现事件彼此的逻辑进而获得合理解释。2000年中，有关生命的解说不断演进，逐渐逼近那最后的主题。终于，历史进入19世纪的后50年时，全部准备工作悄然就绪：自然选择讲述了有关物种演进的长时段历史，仿佛驱使长河奔腾涌动的暗流，现象的历史之因也由此得以展开;孟德尔开创的遗传学致力于生物个体特征传递的规律，“遗传因子”假说隐喻着代代相承的根本之物，却又在言犹未尽时留下了所指的空白;建立于更早时期的细胞学说直陈生命的基本单位，经由巴斯德以降数代人的卓越努力，这门由病理学家创立的关注形态变化的科学将视线转向深藏幕后的化学，变化中的分子逐渐出现在越来越多的学者眼前，强烈的昭示着将要到来的道路。 但是，那个被达尔文称为“谜中之谜”的问题依然悬在人们心中。遗传的本质依旧未经严格解释，在作为历史解释的自然选择和现时原因的遗传学之间，究竟有何种联系?而更为重要的，是如何在细胞变化与群体遗传乃至物种更迭之间建立逻辑关联?所有这些相互关联的问题都带有基本性，而在已有的概念框架中却无法找到那种能提供更深基本性的解释要素。

观念的整合恰当其时的到来为问题的解决提供了契机。既然我们所有的解释都基于还原的更低层次，那问题的关键就在于确定能提供全部根据的基础。显然，这样的基础只能由生物大分子来提供。它们存在于一切生命活动中，对所有现象进行的追查，最后显露的总是这些无处不在的分子。 正是在这一意义上，1953年4月25日的这篇论文具有非凡的重要性。它所阐述的，是基本问题中带有最根本性者。DNA既是遗传信息的最终承载者，对它功能的正确理解就必然建立在对分子结构的认识之上。双螺旋解决了有关核酸分子理化稳定性的所有未结之争，简洁而精致。很难想象还有比它更令人爽心悦目的理想方案了：几乎不需任何修改，此后所有在分子水平上取得的遗传学进展都能恰如其分的纳入双螺旋奠定的概念框架中。一夜之间，“分子”作为具有神秘力量的符号被加诸于生物学的几乎所有类别，除却走上这条分子筑就的道路，肇端于亚里斯多德的这门古老学科别无选择。 但是，从Watson和Crick推开的这道大门中照射进来的光亮，还有更迷人的意义。它揭示于人的，乃是再一次证明：这世界竟是可以理解的。

分子，我们的生命单元

50年来，分子生物学在成为生命科学研究工具的同时，也越来越深的卷进解释自身的运动中。进化生物学在分子水平进行的研究最终将自然选择的基本单位归结为具有特定功能的核酸序列，从提出这一理论的时刻起，已经在人类物种演化中创生千年的文化进化之路开始露出形迹，亿万年前的混沌中或许只是偶然连接的那条复制之链终于结出了最绚丽的果实。由基因而敏因，在DNA之外，分子创造的自身对应物承载起进化的别样路途，看似虚幻的观念进化史正是复制中如影随行的伴行链，人类进化从此踏进永无止境的两条河流。自然选择之外，文化选择和观念演化获得了改变人类存在方式的根本性力量。通过同一种机制，流淌于人群之间的观念序列进行着一如基因的竞争与合作，塑造和不断改建着我们的肉体，并从根本上将大脑改造为意识的器官。意识的产生驱使我们加入到无法停息的追索意义的运动中，我们言说着知觉，并以之自知。而在知觉之外，生活的本质却并非我们自认的那样本真，待一个个虚幻的自我意识归于沉寂之后，基因和敏因却获得了永恒的生命。 我们藉由双螺旋认识了自己，在凝视自身的目光中，双螺旋也悄然发生着变化。1953年的这篇论文所引发的运动，已前所未有的推动了人类自身的演化。与此同时，面对分子的生物学已不再仅仅是指向客体的学问，透过对基因和敏因的言说，它开始穿透人之为人的幽暗领域，并因此建构起自足的人。这一过程中，生物学自身的演进和人的演化逐渐成为同一事件的两样层面，我们用分子语言审视自我的肉体和观念，分子和符号流变的过程中，人和生物学的面貌也就进入双重演化的道路。 随着时间的逝去，由分子语言塑造的这个人类世界还将发生更为迅速的变化，意义的变迁也将更为寻常。然而，当困惑于世界的复杂性时，我们应当庆幸，2003年的50年前，那个春光明媚的4月，一条简洁的双螺旋已赋予我们理解这世界的终极力量，使困惑的隐喻成为认知的对象：

最不可理喻的事实，是这世界竟可以理解……

星系是指无数的恒星系(包括恒星的自体)、尘埃(如星云等)组成的运行系统。无边无际的宇宙中存在着许多星系，它们形态各异，大小不一，有的较为明亮，而有的较为昏暗。日前，科学家揭开星系团演化之谜。

据外媒报道，一直以来，星系团都被认为是研究星系形成和进化重要的资料库。新一代毫米级以及亚毫米级天文望远镜的出现，例如南极望远镜(SPT)，使得科学家们能够在大范围内观测到昏暗的星系，利用的是RashidSunyaev和YakovZeldovich在1969年提出的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应，即当星团中的热电子与宇宙中无所不在的宇宙微波发生反应时，它们的亮度会略微增加。

据悉，SAO是南极望远镜项目的合作机构，负责观测天空的6%，使用的望远镜敏感度和角分辨率都很适合观测形成于大爆炸40亿年后的星系团。

哈佛-史密松天体物理中心(CfA)天文学家BrianStalder及其同事使用SPT观测到的数据，确认了26个质量最大的星团，每个星团的质量都超过1000兆太阳质量。他们发现，这些星团与目前认为的大质量星团进化过程大致一致。这些模型表明，进化过程大多是被动的，而且大多数恒星形成于星系合并都发生在更早的纪元。不过，科学家表示，还需要研究更多样本来支持这项结论，目前正在利用其他大型光学望远镜观测这些星团。

天文学家表示，研究这种星团样本的好处在于随着星团的进化，星团中的星球会逐渐分开。

46．怎样认识恒星的一生——事物的两种认识方法

我想不少读者养过蚕。经过一段不长的时间我们可以从卵到幼虫，成虫，做茧，出蛾，产卵，观察到蚕的整个生长过程。但恒星的演化是以亿万年为基本时标的。因此人的短暂一生几乎观测不到恒星的任何变化。以至到了 19 世纪，哲学家们还坚持说：恒星是永远无法被我们了解的。的确，人类对恒星的认识是十分迟缓的。150 年前，我们还未能测出一颗恒星的距离；那时人类甚至还无法肯定证明恒星就是和太阳一样的天体。60 年前我们还不知道银河系外是否还存在着恒星。50 年前我们还不知道维持恒星照耀数百万年甚至数十亿年的那些能量是如何产生的。

今天我们对恒星已有相当丰富的知识；人类对恒星的了解恐怕已经超过了对于组成我们身体的那些活细胞的了解，或者已经超过了对于我们大脑活动的了解。一颗恒星处在非常复杂的宇宙中只能算一种比较简单的天体，也恰如人体的一个细胞。近几十年来。人类对恒星的认识为什么会发生这样大的变化呢？科学上的认识原则上有两种方法：

（1）追踪一个单体一生的历史，例如我们观察蚕的一生的变化。我们便可了解它的生长和发育过程。

（2）恒星的寿命太长，我们绝不可能去追踪它的一生，但我们可同时观测亿万颗恒星，其中必然包含各种类型和不同年龄层次的恒星。就好像在某一时间我们作人口调查，必然会了解到各种民族，各种类型和不同年龄的人。如果我们把这些人的特点都综合起来，我们立即可推断一个人的一生的成长过程。实际上一个人很难同时观察亿万个不同类型和不同年龄结构的人群。但我们却很容易同时观测到亿万颗不同类型的恒星。这就显示了人们研究恒星时所具的特有优势。

如何肯定地证明天空中亿万个光点都是和太阳一样的恒星，这仅涉及天体的距离测定问题。这点本书前面已作过介绍。表面上看太阳的光度是别的天体无法比拟的，但由于一般恒星相对我们处在十分遥远的距离，因此其绝对光度（见 21）都与太阳同量级甚至比太阳还要明亮数十倍。

47．恒星如何分类——恒星的温度、光谱型和颜色

恒星的大部分是以双星或三星的形式出现。较少单独存在。而双星的轨道特征为我们确定恒星的质量提供了有利条件。通过大量观测得到恒星的性质大体如下：

质量由 0.05M⊙到 100M⊙

光度由 10－4■L⊙到 106■L⊙

半径由 108■厘米到 1014■厘米

表面温度由 103■K 到 105■K

最容易测出的表示恒星固有性质的量是恒星的视星等和颜色。亮度反映辐射的能流，颜色反映辐射能谱。由于恒星辐射能谱大体上与黑体辐射谱相似，所以恒星的表面温度是决定能谱的一个指标。它为恒星的分类提供了依据。恒星的分类法除了表面温度外更多的是采用亨利·德雷伯分类与三色测光分类。亨利·德雷伯分类也称哈佛分类，它将恒星分成如下光谱型：

■

上面的符号看起来没有什么意义，也很不好记。当天文学家面对美丽的星空，忘记了一天的疲劳和远离城市的孤独（为避免夜间灯光干扰，天文观测站一般建立在远离城镇的偏远地区）浪漫地感叹道：Wow！Ohbeafinegirl，kissmerightnow。Sweetie！

（哇!哦，好一位美丽的姑娘，快来吻我吧，咂!）

不同类型恒星的性质列入下表：

光谱型/表面温度/性质/颜色

W/＞4 万开//白

O/3—4 万开/高温星，吸收线少，主要是氢，氦的吸收线，/蓝 B/1—3 万开/看到强的氦线/蓝白

A/0.75—1 万开/氢线达到显强，逐说减弱/白

F/6—7.5 千开/有显著的金属元素（铁，铬，钛等）谱线/黄白

G/5—6 千开/与太阳相似，钙线很强/黄

K/3.5—5 千开/主要是金属元素的吸收线/橙色

M/2.5—3.5 千开/主要是氧化钛分子带/橙红色

R，N/2—3 干开/有许多含碳的分子[甲川（CH）氰基（CN） ］吸收线/

红色

S/2—3 干开/主要是氧化锆带/

在上表中的每一类都有一个温度范围，而温度的变化引

起了能谱的相应变化，为区分这些变化，每一类又可分为几个次型。

48．揭示恒星一生经历的秘密——赫罗图

把恒星的光度与温度作出比较图（见图 21）是很有意思的。由于恒星的光度依赖于它的温度和大小，故把它们的光度和温度作图比较就能把恒星按体积大小区分开来。如果两颗恒星的温度相等而直径不等，那么直径小的光度就小，这是因为直径小的恒星其表面积也小的缘故，所以它的位置就在图的下方。反之，如果两颗星的光度一样但温度不同，冷星的体积必然要大些。因此，越冷的星在图上的位置越靠右。

■

这种恒星光度和光谱型关系的图，是由丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素，于 1905～1913 年各自独立创制，故名赫罗图。该图以光谱型为横坐标，光度为纵坐标，结果发现有 90％以上的恒星，分布在图中的左上方到右下方的对角线的狭窄带区内。这区域称为“主星序”；位于其上的恒星称“主序星”。主星序的右上角，有一个几乎成水平走向的“巨星系”。图的上部，有一些分散的星，称为“超巨星序”。主序星的下面是“亚矮星”再下面则是“白矮星序”。巨星序和主星序不相接，中间的空区称为“赫氏空区”。研究表明，赫罗图能显示恒星各自的演化过程，能估计星团的年龄和距离，是研究恒星演化的重要手段，也是天体物理学和恒星天文学的有力工具。

由赫罗图我们可以推测恒星的一生。我们的太阳在赫罗图上就处于主星序的中部。它是一个中等质量、中等温度也恰好是中年的一颗恒星。它大约在 50 亿年前形成，又大约在 50 亿年后可能变成巨星，其半径也许会扩大到目前半径的 160 倍。那时水星将被太阳吞并，太阳的边界将扩展到金星。在地球上虽可看到一个美丽的太阳，但地球却早已化为一片焦土，也许人类早已不存在，或者乘着“诺亚宇宙方舟”逃避到另一个适于人类生存的星球。人类的文明史不到一万年，究竟怎么能推得 50 亿年前和 50 亿年后的太阳的过去和未来呢？如果有位地外来客，他在地球上仅呆了一个小时，他是否能了解到地球上人类的一生的生长过程呢？我想如果你是这个宇宙人，你一定会在人集中的地方拍摄尽可能多的人的照片，然后带着这些照片回去，并作出与赫罗图相似的图。例如把人按身长顺序排列，就可发现这是由小孩到大人的成长过程。但仅仅按身长很难区分成人和老人。于是，你可以从身长和肤色的润泽情况对比作二维图，就可进一步区分中年和老年了。但这类图对于不同民族会构成不同的序列。

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球状星团 M■5 大约有十万颗恒星，其中有年幼的星，也有年老的星。在赫罗图上将这些星排列起来会发现它们非常有规律。图 22 给出了这种图形。其中 A 与 D 的那一方是年青的星，由图并不能直接看出，但恒星演化理论可以帮助我们找到答案。结果表明图 22 中 AB 间的星是一些年轻的星，越向 CD 越是演化了的老年星，所以看出，随着恒星的演化，半径会增大 100 倍，亮度增大 1000 倍。但是，恒星的一生与此的一生在某种意义上是极不相同的。例如 M■5 的星几乎是同时诞生的。在赫罗图中的 A 点处的星也好，D 点处的星也好，说到年龄是“同年”的。只是因为质量不同的恒星，演化（成长）的速度不同。质量大的恒星会更快地进入“老年期”。赫罗图上 D 点处的星由于质量略大于 B 点处的星。所以当前者以成为老年星时，后者还正当壮年，从而产生了这样大的差异。人们在学习相对论时，往往很难理解“双生子佯谬”，其实在恒星世界中“同时诞生”的恒星，总是质量大者“先衰老”。

49．引力不稳定性——恒星胚胎形成的原动力

太阳的平均密度为 1.4 克／厘米■3。即使低密度的 O 型星也有 10■－ 3 克／厘米■3。与此相比，普通星际云物质密度为每立方厘米中有 10 个氢原子，即 10■－23 克／厘米■3。为使星际云形成恒星，密度要提高 20 个量级以上。而能使低密度气体聚集而使密度增加的唯一因素是万有引力。分析表明，如果在气体云中除引力之外其他各种力都不起作用，则气云的连续收缩，大约仅需 1000 万年后，几乎所有的气体都将集中在中心。但是，实际上有很多妨碍气云收缩的因素。他们是气体的压力、磁场、离心力等。气体云如何克服这些障碍而进行收缩呢？

设想有一橡皮气球，当向它吹进足够的空气，则气球开始膨胀。而由于橡皮的张力气球要收缩，而反抗这一张力的是空气的压力。气球处于这两种力的平衡状态。温度一上升，空气的压力就增高，气球就膨胀。相反，温度以下降气球就收缩。

气云在某些方面与气球相似。对应于橡皮张力的就是气云的引力。对于橡皮球，若橡皮越厚的气球越不容易被吹起。而对应于橡皮厚度的就是气云的质量。星云的质量越大，引力也越大，收缩也越容易。同样星云的温度越低收缩也越容易。实际上，气体云的温度是决定气云能否收缩的决定性因素。

在星云收缩的过程中，由万有引力引起的引力不稳定性起着重要的作用。它是于本世纪初由英国天文学家金斯首先提出的，故也称为金斯不稳定性。万有引力有一个特点，即当密度一定的物质团，其表面的引力大小与物质团的半径成正比。也就是说物质团块越大，其表面的引力强度也越大。因此，一定状态下的物质存在一个临界尺度，当一个物质团的尺度大于这个临界尺度，其表面的引力就足以克服其他力作用，且使这个物质团在引力的作用下发生收缩。而物质一旦发生收缩，其密度增大，引力进一步加强因而更有利于物质收缩，而物质密度将进一步增大而形成引力不稳定现象。气体云将不断地收缩下去。这种引力不稳定现象的发生有两个特点：一是发生的物质聚集现象总是突然出现的，二是涉及的是受自身引力作用的大批物质。大约一万个太阳质量的星际气云会同时变得不稳定。这可能正是年轻恒星只能成群发现的原因。它们毫无例外地一大堆一大堆地同时诞生。当一万个太阳质量的星际气体和尘埃以很高速度自行收缩时，就有可能从气体中形成许多云块，其中每个云块再行收缩凝聚，然后形成一颗颗恒星。

50．原初恒星和零龄主序星

上面的叙述告诉我们，当星云在大小、密度、质量和温度等方面满足一定条件时，就能通过引力作用收缩，凝聚过程形成恒星。密度极低、体积庞大、温度很低的星云，最终会演变成密度较高、体积较小而内部温度很高的恒星：体积缩小到百万分之一，密度增大 10■16 倍以上，温度至少增高 7 万倍。这个过程对于垦云来说是一场真正的灾变。这场灾变经历了两个行为很不相同的阶段：第一阶段，星云坍缩为“原初恒星”——“恒星胚胎”；第二阶段，原初恒星再进一步收缩形成恒星。

气体尘埃星云凝聚的第一阶段称为自由下落阶段，这是一个主要由引力作用支配的快速收缩阶段。对于一个质量同太阳相近的星云来说，这个过程所经历的时间约为 100 万年。在这个过程中，由于热运动形成的气体向外的压力远远抵挡不住向内的引力，于是物质很快地向中心坍缩、聚集，中心密度迅速增高。在这一阶段中，由于星云的密度极低，物质对热辐射是透明的，因此，由于收缩使引力能转化为气体中粒子运动而引起的热能几乎可以毫无阻挡地向外逸散，结果，星云的温度几乎没有升高，接近等温过程。此过程进行到中心密度为 10■-13 克／厘米■3 时中心部分的热能不再能无阻挡地逸散，此时热能使中心温度逐渐升高并开始产生红外辐射，当中心部分对红外辐射也逐渐变得不透明时，从外部看，其光度急剧下降，内部的热量越来越不容易散逸，于是，温度开始明显地上升。接近这一阶段末了时，引力能中约有一半以红外辐射形式离开星云（我们已说过红外辐射的重要的源之一，是初生恒星的喜乐），而另一半则使星云物质的温度继续上升。当中心温度达到 2000K 时，氢分子开始分解成原子，并吸收掉大量热量，致使向外的辐射压急剧下降。结果，在引力的作用下，星云急剧坍缩，其中心形成体积更小、密度更大的内核——原初恒星。

原初恒星形成的标志之一，是星云的快速收缩过程的结束。但原恒星仍继续收缩，只是不再按自由下落规律，而是开始了一种缓慢的收缩过程。当全部氢分子都离解成原子后，收缩使原初恒星的温度稳定地上升。此时，原初恒星中各部分物质所受到的向内的引力几乎和相外的辐射压相等。因收缩而增加的热量，一部分辐射到原初恒星的外部，一部分使其内部，特别是核心区的温度上升。当中心温度达到 700 万开以上时，核心开始出现由氢聚变为氦的热核反应。反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗处在主星序阶段的年轻恒星就正式诞生了。质量过小的星云收缩到最后中心区也升不到足以引发热核反应的温度。它们只能靠引力势能转化成热能的方式在一个较短的时期里产生一点微弱的辐射，随后便逐渐冷却下去，形成一个死寂的天体。大的质量小于 5％太阳质量的星云就根本不能演化成为恒星。能够演化成恒星的原初恒星，按不同的质量将分别走向主星序的不同位置，形成光谱型不同的主序星。刚开始由热核反应提供足够能量而形成的主序星称为零龄主序星。所有主序星在赫罗图上的位置连成的曲线是主星序的左边沿。图 23 显示了中等

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质量恒星在最初收缩阶段到进入零龄主星序时在赫罗图上的演化历程。从原始球状星云凝聚成恒星的过程中，并非整个星云的物质最后都能汇合到恒星上。对于小质量恒星进入主星序前的最后阶段由于热对流十分强

烈，加上星体表面物质密度很低且重力很小，内部携带能量流出来的物质可以达到很高的速度形成强烈的物质喷发或抛射。同时这种机械运动的动能还会传递一部分给周围物质，转化为外层大气的热运动以至快速向外膨胀。这些恰恰是金牛 T 型变星光谱中反应出来的特点。一般说来，大片星云分裂出来不久的小质量原初恒星进入主星序之前，有一个时期表现为金牛 T 型变星。此外对于巨大球状星云的外层物质来不及全部坠落到中心区，越是庞大的星云外层物质向中心下落所需的时间越长，而中心区则很快凝聚成发出强烈辐射的原初恒星或恒星。辐射压和向外膨胀的星体表面物质（又称为恒星风）阻止了外层物质继续下落，不仅把物质推开甚至形成高速喷流。也有的物质形成原初恒星的包层，表现出中心有亮核和周围有包层（也称星周物质）的现象。它们已被用红外的方法观测到，并被观测到一些深埋在冷包层中的早期原初恒星。

总之，每一个天体歌星的诞生都要大放烟火、张灯结彩，大规模地庆贺一翻。然后，它们就数十亿甚至数百亿年地不停地发出各自的妙唱。给整个宇宙大舞台增添一份新的光彩。天体歌星的“烟火”的规模不同一般，以金牛星为例，观测表明它相当于每年喷射出 10■－7 太阳质量，这相当于每秒钟向外抛射几千亿吨的物质。理论分析表明，原始星云质量越大的天体歌星越喜欢显示自己的财富，它们把大量的物质消耗在“烟花”的抛射中。例如质量分别为 150、50 和 20M⊙的星云，在达到主星序形成零龄主序星时剩于质量分别只有 36、17 和 12M⊙，占原质量的百分比分别是 24％、33％和 60 ％。

今天，还不太清楚恒星以后会怎样演化。但我们已经可以用上面叙述的这段演化过程和观测进行比较，以检验计算机得到的关于恒星内部的演化过程是否与观测到的实际情况相符合。以前曾经说过，令人遗憾的是我们不能直接对恒星的性质，如它的光度和表面温度，在时间上连续地、一个接一个地观测，以证明它在赫罗图中是否真正沿理论演化程由主序移动到红巨星区域。所以只能用间接和观测进行比较的办法来检验这个理论。让我们看看图 6-2 所示的一个太阳质量和 7 个太阳质量的恒星的演化程。它们都是由主序移动到红巨星和红超巨星区域。假设它们都是同时开始氢聚变的，那么大质量星经过几百万年以后就已向右移动了，而小质量星仍要停留在主序上长达几十亿年之久。

在星团里有各种质量不同的恒星，如果它们的年龄相同，那么大质量星要比小质量星处于更晚的演化阶段。为了能用图形来说明这点，阿尔弗雷德·魏格特和我在 60 年代想出了一个办法，即用图形表示出一个星团在不同时间的演化进程。我们人为地构造了一个星团，它由 190 颗质量不同的恒星组成，这些恒星的质量从 23 个太阳质量到 0.5 个太阳质量不等。假定它们随质量的分布和一个真实星团的分布大致相同，即让它有 6 颗星大于 10 个太阳质量，42 颗星的质量在 1 个太阳质量到两个太阳质量之间。对于这个人造星团，人们可以计算它每颗星的演化程。

从所有星都是主序星的时刻开始，画出这个人造星团的赫罗图。我们得到一个完全通常的主序（图 6-3(a)）。300 万年以后最亮的星，当然也是质量最大的星，已经将中心的相当部分氢耗尽了，因此它离开了主序。从氢燃烧开始，经过 3000 万年后大质量恒星都明显地向右运动了（图 6-3(b)）。这个人造星团中有几个成员，即质量最大的几颗星，已经历了我们今天所知道的恒星演化全部阶段，因此它们所处的演化状态已是理论计算还没有达到的。在这里以及在以后的图中，我们将这些星取消。

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年龄为 3000 万年的赫罗图表现出具有观测到的赫罗图的许多特征。在主序上由下往上直到某一光度值为止还有恒星占据，主序右边有红超巨星。图 6-3(c)给出从氢燃烧开始，经过 6600 万年以后的人造星团的赫罗图：主序自上往下有更多的区域已经没有恒星了，而在红巨星区域有一些星（现在已经包括质量稍小一些的星）。

图 6-3(d)给出了人造星团在 42 亿年，即成年时期的赫罗图。它和上一个图相比形状完全不同。在主序下部出现一向右的弯曲，然后接着有一个很陡的向上的分支。造成和以前图形不同的原因在于小质量星的演化程不同，因为现在是类太阳恒星运动到红巨星区域了。这个图形的特征结构

可以在年龄极老的星团中找到，比如可以将人造星团的图和图 2-9 所示的球状星团的赫罗图相比较。通过比较还可以清楚知道现今理论所达到的极限。观测者会发现和理论完全相同的现象，即恒星集中于主序的下部，以及在一条先向右弯然后向上走的曲线上。此外观测者能在一条接近于水平的带上发现有很多恒星，它们在可见光范围的亮度比太阳大 100 倍。然而这条所谓的球状星团的赫罗图中的水平分支，在我们的人造星团的赫罗图中是没有的。显然真实星团中所观测到的这些星是处于理论还达不到的演化阶段中。正如前面已经说过的，我们将那些已经历了全部演化阶段而处于理论还不能达到的演化阶段的恒星从人造星团中取消了。

以上说明了观测得到的星团赫罗图的基本特性，并确切知道了为什么只有在主序的下面部分有恒星分布，而主序上面部分的恒星已向右拐到红巨星区域。我们相信由计算得到的模型反映出恒星的真实过程。为了说明这点还应提到另外的一个提示。

星系是如何演化的

上世纪 20 年代，天文学家们经过多年的探索后终于确认：他们在望远镜中看到的云雾状斑块，绝大多数是同我们银河系一样，由众多恒星组成的庞大天体系统，这类天体系统统称为星系，是构成可观测宇宙的基本成员。

根据哈勃空间望远镜拍摄的深空照片，可观测到的星系估计有 500 亿以上，而这如此众多的星系却可以分为椭圆星系、漩涡星系和不规则星系三大类以及若干次型，称为哈勃序列。起初，人们曾把哈勃分类序列看作是演化序列。但是，星系演化的途径究竟是从椭圆星系到漩涡星系再到不规则星系，还是相反，即从不规则星系到漩涡星系再到椭圆星系，这个问题却争论了几十年之久。一种意见主张，星系形成之初是形态最简单的球状气团，由于自转逐渐变化，同时发生收缩，密度增大，气体凝聚为恒星，扁平部分形成漩涡，漩涡逐渐松卷以至消失。换句话说，星系是从椭圆星系经过漩涡星系最后演化成的不规则星系。40  年代以后人们发现椭圆星系气体成分很少，于是又有人主张星系的演化是从不规则星系到漩涡星系，最后到椭圆星系。但这种观点也遇到了困难。到 60 年代，人们积累了构成星系各类恒星和气体成分的丰富观测资料，特别是恒星内部结构演化理论和恒星大气理论趋于成熟，为 70 年代以后建立星系演化的现代图景准备了条件。

如果暂时不考虑本性还不清楚的暗物质成分，星系可以看作是由恒星和气体这两种动力学性质不同的成分构成的复杂系统。气体是一个耗散系统，而恒星则类似于绝热系统。不过这两个子系统并不彼此独立。部分气体将凝聚形成恒星，而恒星在演化过程中将通过星风和超新星爆发把一部分气体放回星际介质中去。一个原始气体云演化为椭圆星系还是漩涡星系似乎是由其初始条件决定的。不过星系在宇宙中的分布并不是完全孤立的，它们往往有成对成群成团的倾向。星系之间的相互作用对其演化过程有着不可忽略的影响。在星系密度较高的过去，星系之间发生碰撞、合并的概率比目前高得多。除了由动力学原因造成星系形态的变化外，星系中恒星的形成和演化过程是决定星系化学成分、星气比例、光度、颜色等物理量随时间演化的主要因素。一般来说，大质量恒星比小质量恒星演化快得多。因此，不同质量恒星的比例是控制星系化学演化的最重要因素之一。为了研究一个星系的化学演化史，我们需要知道恒星在形成时按质量的分布，星际气体转化为恒星的速率，不同质量恒星的核合成能力和永不返回星际介质的质量比例。不过，如何从理论上将这些重要参数导出，仍是一个难题。

研究星系演化的困难之处还在于，人的寿命（约 100 年），同星系的寿命（约 100 亿年）相比实在太短，决不可能跟踪个别星系的演化历程。幸而由于光速的有限性，我们可以根据星系的距离判断其年龄。为了看到真正年轻的星系，人们建造了口径 2.4 米的哈勃太空望远镜和一批口径达 10 米级的地面望远镜，积累了遥远星系大样本的形态、测光和分光资料，为直接研究星系的演化过程提供了前所未有的宝贵信息。

现在，星系团成为研究星系演化的首选目标。目前已知的高红移天体绝大多数是类体，这类星体的各种性质例如空间密度、光度函数等有着明显的宇宙学演化，它们与近宇宙的普遍星系是否存在演化上的关联仍是一个令人深思的不解之谜。

1.1  以思辨为基础的猜测

像古代印度人、中国人一样，古代苏美尔人、巴比伦人和埃及人都对

他们认为的人类和宇宙的最终本质是什么的问题作了详细说明。在哥伦布

到达美洲之前的玛雅、印加和阿兹台克文明中，以及在非洲的部族文化中

都发展起了神秘宇宙学。他们用神秘的创造来解释现实世界是来自于能够

支配超自然力量的超自然实体的原因。有时这些实体被看作是相互冲突

的，而现实世界的本质则代表在冲突中一方的获胜。在绝大多数宇宙学中，

尤其在东方宇宙学中，现实世界的进化过程包括许多阶段，这些阶段一个

接着一个，依次更替。

中国古代哲人老子把“道”当作产生并决定世界万物的最高实在，他说“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲气以为和。” ①老子认为有了道就有了世界的原始统一体，由这原始的统一体中分化出“阴阳二气”，阴阳二气冲涌激荡又产生“和气”，于是万物渐次产生。此外，中国古代的神秘哲学著作《周易大传》中还提出了“太极”的思想。太极就是天地未分的原始整体，就是天地万物的最初根源。《周易大传·系辞上》论述了宇宙万物的生成演化过程：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”其中两仪指天地；四象指春、夏、秋、冬；八卦指天、地、风、火、雷、水、山、泽。而八卦的相互作用就演化出了万事万物。

公元前 6 世纪，爱奥尼亚的自然哲学家们抛弃了直到那时为止一直统治着各种文明的神话宇宙观，并试图用理性来理解经验世界。最初的尝试把重点放在宇宙的起源上，他们提出的根本问题是，我们所看到的多样性和有序性如何可能产生于非多样性和无序。古希腊的思想家们说过，宇宙是从“混沌” （指缺少有序）状态向“和谐” （指井然有序）状态发展的。他们具有这样一种信念：在我们所看到和听到的情景和声音的多样性背后存在着一个更深层次的、一贯的和单一的实在。

人们的早期尝试集中在根据一种被简单地称之为“一”的基本统一体来理解感觉经验的多样化世界。这个“一”既可以表现为一粒沙子，也可以表现为整个宇宙。微观宇宙反映宏观宇宙；宏观宇宙在微观宇宙中显示出来。爱奥尼亚的哲学家们也知道“多”：他们看到世界上形形色色的东西——植物、动物和人，还有岩石、海洋和浮云。他们认为这种明显的多样性产生于一种基本的原始物质：统一性存在于多样性之中。

随着古希腊文明黄金时代的没落，希腊哲学家们的注意力从宇宙学的推测转向人类事务。希腊思想上的这种伟大转变是苏格拉底提倡的，在他

① 《老子》第 42 章。的范围广泛的讨论中，人类活动的道德性支配着早期自然哲学的思想。但是苏格拉底的杰出学生柏拉图认为，世界的本原有时叫形式，有时叫理念，每一个客体都有它本身的形式或理念。事实上，宇宙的基本构件被认为不是固体，而是几何形式。因此，柏拉图在最后的分析中把经验世界的多样性归结于观念上的不变的形式。

亚里士多德学派的自然主义从柏拉图传统的唯心主义框架中摆脱了出来。按照亚里士多德的观点，整个世界由相互作用的四种基本自然元素所构成，它们是土、水、气和火。每一种元素都具有它的自然位置：土在中心，水在土的上层，而火和气则处于最高层。这种排列使宇宙中的“巨大存在链”井然有序，从无生命的物体到植物和动物，再到人类。无机物通过变态成为有机物，自然界从最不完善的阶段渐近地、持续不断地走向最完善的和最理智的阶段。

古罗马人保留并详尽阐述了古希腊哲学，但基本上没有给它添加任何新的东西。后来，从君士坦丁改信基督教的时候起，东拜占庭帝国对整体的探索就转向了宗教探索。知识基于信仰而不是基于理性；基于接受到的宗教教义而不是基于自由探索。随着帝国的灭亡，中世纪的欧洲坚定地把信仰置于推理和经验之上。13 世纪，托马斯·阿奎那使基督教的教义同亚里士多德的自然哲学协调起来，他的《神学大全》是他那个时代的智慧的结晶。从此以后，在中世纪欧洲，甚至最有才智的人也可以满足于获得对人类可知世界的令人满意的看法。依然存在的大量神秘事物都可以归结为上帝意志的不可思议的杰作。1.2  以科学为基础的解释

随着文艺复兴和宗教改革运动的兴起，基督教教义的控制力削弱了，独立的探索也已在寺院大墙外开始。关于人本主义的争论已经兴起，中世纪的综合终于四分五裂，新思想在其中得以蓬勃发展的文化空间也已建立起来。这些新思想包括重新建立原始形式的基督教的尝试和按传统模式复兴市民人本主义的运动。但是，也有一些人向教会对知识的垄断提出挑战并坚持独立的、以经验为依据的探索活动。伽利略、布鲁诺、哥白尼、开普勒和牛顿是这场文化突变的先锋人物。后来，这场文化突变逐渐形成近代科学的世界图景。

伽利略也许比其他任何人更能被看作是这种新世界观的倡导者。这种新世界观借助仪器观察和数学描述，把宇宙看作是一架不受人控制的巨大机械装置。正如伽利略在信中所说的，他“焦虑地生活”在“我们哲学的巨大的不和谐的风琴”发出的嘈杂的音调之中，而他的目的就是要发现和理解自然界的新规则。正是由于伽利略发现了惯性定律和使用新发明的望远镜来观察天体，因而哥白尼的以太阳为中心的宇宙学说得到了证实。后来，在哥白尼日心说的基础上诞生了关于天体起源和演化的诸多假说。

大约在 1633 年，笛卡儿完成了一部名为《论宇宙》的著作。在这部著作中，他不仅主张哥白尼的日心说，而且也提出了天体演化的思想。可是就在这一年，伽利略由于主张和宣传哥白尼的日心说而被定罪。笛卡儿听到这一消息，为了避免和伽利略的同样遭遇，他放弃了出版《宇宙论》的打算。他曾说过：“给我运动和广延，我就能构造出世界。”他正是用运动和物质解释了天体的形成。他认为，太初时同一的原始物质弥漫于整个空间，并且处于旋转运动中，因而整个宇宙形成一个巨大的旋涡。原始物质在旋涡中因摩擦而成为尘埃状的东西，这就是第一物质。它们是火元素，太阳和其他恒星都由它们来构成。另外一些原始物质则摩擦成球状的东西，这就是第二物质。它们是气或以太元素，弥漫于星球空间。还有些只是磨去棱角的大块物质，即第三物质，它们就是构成地球、行星和恒星的土元素。

尽管布鲁诺和伽利略本人都受到了迫害，但近代科学还是起飞了。它不受教会权威的约束，继续进行研究，借助观察和实验来探索实在的本质。由伽利略和布鲁诺这些先锋人物倡导的科学世界观在牛顿的伟大综合中达到了顶峰。在牛顿的“科学范式”的引导下，陆续诞生了许多前所未有的“科学的”宇宙学说。

牛顿本人认为，宇宙在空间上是无限的，在无限的空间中分布着许多物质。这些物质在万有引力的作用下趋向于结合成团块，结果无限的宇宙空间中就充满着这些巨大的物质团块。我们之所以只能看到有限的星群，是因为我们的望远镜的限制。

近代科学史上，如果说笛卡儿的天体演化学说仍然还包括哲学思辨的内容，那么康德的天体演化学说则完全建立在牛顿力学的基础之上。1755年，康德在《宇宙发展史概论》（原书名叫《关于诸天体的一般发展史和一般理论》，或《根据牛顿原理试论宇宙的结构和机械的起源》）中第一次提出了关于太阳系起源的星云假说。康德认为，太阳系的所有天体，是从一团由大大小小的微粒所构成的原始星云通过引力和斥力的相互作用逐渐形成的。大微粒吸引小微粒，凝聚成较大的团块。团块在运动中经常发生碰撞，有的破碎了，有的则形成更大的团块。在这种不断的凝聚过程中，总有一个地方的引力比其他地方大，成为星云物质的引力中心。它对周围物质的吸引力越来越大，生长也越来越快，首先形成了太阳。太阳外面的微粒在太阳吸引力的作用下向中心下落，由于斥力的作用，使得向引力中心下落的微粒从直线运动向侧面偏转，使垂直的下落运动变成围绕引力中心的圆周运动。处于圆周运动中的微粒，由于分布不均匀，在万有引力作用下，又逐渐形成几个引力中心，这些引力中心最后凝聚成朝同一方向转动的行星。卫星的形成过程与行星类似。1796 年，拉普拉斯也独立地提出了与康德类似的太阳系起源假说，而且他还运用角动量守恒定律和严格的数学推理论证了整个演化过程。这样一来，太阳系起源的星云假说就逐渐流行起来。至于其他星系的起源。当然也可以以此类推。

科学的宇宙学的下一个主要进展应归功于爱因斯坦。他在广义相对论发表后的第二年，以广义相对论为基础提出了它的宇宙模型。爱因斯坦反对以牛顿绝对时空观为基础的无限宇宙的模型。他把时空联系起来，并认为这一连续统 （continuum）的非欧四维弯曲空间尽管无界，但是有限的。时空自身又弯曲回来，因此一个太空旅行者只要走得足够远，走的时间足够长，他最终就将仍回到他原来的出发点，尽管在他自己看来他走的是直线。

在爱因斯坦的数学宇宙学中，物质被看作是好像弥漫在整个时空中。因为物质是遵守万有引力定律的，因此在这个宇宙中物质趋向于汇集为一个质量中心。由于实际情况并非如此，所以爱因斯坦引入了一个斥力项，即所谓的宇宙学常数，这一斥力将精确地同引力相平衡。他说，这就保持了宇宙永远处于稳态。

然而爱因斯坦的稳态宇宙模型不得不被抛弃，因为 1917 年荷兰天文学家德西特发现了爱因斯坦相对论方程的另一个解。德西特的解显示，当物质进入时空连续统时，它就获得了一个远离观察者的速度，这一速度随着距离而增大。与此相对应，当距观察者的距离增大时，时间变慢，在极限时，时间停止。

不久以后，英国天文学家爱丁顿爵士认识到，在爱因斯坦的宇宙里物质的任何膨胀和收缩都将导致物质在被引入的方向上的连续运动。结果，爱因斯坦的宇宙看上去仅仅提供了一个暂态相，并将导致 （如果物质的运动是在膨胀的方向上）德西特宇宙。这个非稳态宇宙模型是由俄罗斯数学家亚历山大·弗里德曼在 1922 年发现的。他的解修正了爱因斯坦的宇宙学常数，并引入了一个可以是正数、负数和零的常数项。根据所选择的值，宇宙看上去可以是膨胀的，收缩的或稳态的。

经过若干年辛苦的实物研究，达尔文得到如下结论：现今所有的物种在几十亿年以前，都有同一个祖先。这个所有生物为其后裔的老祖宗，一定是一个由单细胞或少数几个细胞组成的有机体。达尔文的基于变异

和竞争选择的进化论，经过生物学家不断搜集资料，日益巩固了。但是，那最简单的生物又来自何处？达尔文没有答覆这个问题。有人提议过上帝，然而现代科学对神的干预的观念，是不太客气的。

难道说没有一个自然过程，能使一个单细胞从无机体产生出来吗？早期该观点持有者之一是耶稣会教士泰雅德沙丁（PierreTeilhard de Chardin 1881—1955），他一生的目的是想把科学和宗教融合为一。他认为有机体和无机体都随着时间的流逝，逐渐组织成越来越复杂的形式。这应该是关于自组织最早的想法之一。不幸的是，为了他的观点，泰雅德沙丁付出了很大的代价。1924 年，耶稣会禁止他在巴黎天主教研究所讲课。1926 年，他离开法国去中国流浪，最后死在纽约。

关于这种演化可能在何处发生，最有影响的早期想法之一出自达尔文本人。在他 1871 年写的一封信中，他写道：“但假设（当然这是个很大的“假设”）我们可以想象，在一个具有各式各样的氨盐、各式各样的磷酸盐、日光、热、电等等的温暖小池塘里，化学反应形成了一个蛋白化合物，接着又起更复杂的变化，  ”。

从现今观点来说，我们原则上可以理解，物质在时间上和空间里的组织——有机体显著的特征，经过远离平衡的不可逆过程，是可以出现的。每个细胞都是一个组织良好的工厂，在里面，惊人的化学反应在化学配料某种极不均匀的分布之下进行。在此层次可以看到的美，对神经系统作过前驱工作的卡哈尔（SantiagoRamónyCajal1852—1934）撰文描述如下，其中生物学术语较多，提及的知识也稍嫌过时，然而文笔确是华美。此文出现于 1937 年出版的卡哈尔自传——实验生物学中的一部经典著作。这里，卡哈尔描写他在显微镜里观测到的世界：

气管田里、喉咙田里种满着颤动的纤毛，纤毛由于隐藏着的刺激而波动，好像寒风吹进麦田；精虫不倦的鞭泳，气也来不及喘地奔向它情之所钟的卵子；神经细胞，最高等的有机元件，像章鱼一样伸出巨手长臂，一直伸到紧邻外界的边区，提防物理化学力不住的偷袭；建筑简单而严峻的卵子，看守着有机形态的秘密，它的星云状原形质中，围绕着胚胎旋转的是无数个世界，在未来周期里将要出现；肌肉纤维，一种高度复杂的动电电池，在它齐整的结构里，就像在机车里一样，热能转化为机械能；腺细胞简单地为活化学厂制造酵素，为了兄弟元素的利益，消耗自身的体物；脂肪细胞，家庭经济的模范，为了预防未来的饥荒，把生命宴席剩余的食品储存起来，以防备他日某器官罢工或营养发生危机。此等现象，如此多采，如此协调，强烈吸引着我们，对它们的默想，使我们的精神充溢着最纯洁、最崇高的满足情绪。

读过这段对微观世界一气呵成的描述，谁还会怀疑，生命存在于远离平衡的场合，那里到处都是变化？卡哈尔所描述的结构是可以出现的，条件就是四十六亿年前地球形成以后的早期，存在有恰当的自组织

配方。我们要问：发生了什么事使一个不毛的、无生命的地球变成我们现在见到的样子？完全肯定地，我们知道很少；但是下面讲的，虽然有些地方是推测，还是多少有些道理。

那时，地球的大气由氢、氮、二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和水组成，但很缺氧。一般的想法和其它关于化学演化的看法一致，是考虑这些简单的分子如何可以整理成较复杂的分子。“生命前合成”的经典实验之一，由尤雷（Harold Urey）的一个学生米勒（ Stanley Miller） 1953 年在芝加哥大学报道。米勒把他认为与原始大气类似的东西混成汤，放在一个缸里通电模拟闪电，发现缸里形成了某些氨基酸；我们所知道的生命少不了蛋白，而氨基酸是蛋白的基本元件。从那时起，已有大批的证据，说明一整套的生物学上重要的分子，包括基本遗传单元、核酸、酵素和诸如腺苷三磷酸的储能生物分子，都可以用类似的方法制成。这些证据主要是马里兰大学的彭恁帕如摩（Cyril Ponnemperuma），位于圣地亚哥的萨尔克研究所的奥尔格（Leslie Orgel），迈阿密大学的福克斯（Sidney Fox）等人取得的。

不足为怪，关于这些有机分子在无生命情况下的形成，别人也提出过另一些理论。其中之一说，这些简单分子先形成于太空，在叫做暗星云的气体和尘埃组成的云里，然后经由流星带来地球，把这些分子丢放在某些像泥塘这类有利的场所。有人进一步建议，说粘土不仅是制造这些简单元件的催化剂，并且本身就是早期生命形式的一部分，就是由遗传物体 DNA（脱氧核糖核酸）和 RNA（核糖核酸）控制的今日生命的铺路者。然而不管形成这些初始的复杂分子走的是哪条路，简单分子如何聚合成细胞总还是个问题。这过程牵涉到至少三个因素的演化：一、必须有一层膜把细胞本身和外界分开；二、必须有一个同化作用，由一套协调的（生物）化学反应组成；三、必须有基因，来指挥这首交响曲。

传统的看法是：开始是这些相互作用的分子被关在个别的结构里面，这些结构彼此之间的边界是半渗透性的，这样便允许复杂分子在时间上和在空间演化了。有奥帕林（Alexander Oparin）的“凝聚模型”，那里水滴围绕着带电粒子形成；有福克斯提出的过程，可以使氨基酸自我组织成微观小球；还有哥岱科（RichardGoldacre）的“类脂双层体”模型，那里脂肪分子联合力量，制造简单的膜状结构。目前看法强调 RNA 高分子的自催化功能是细胞膜形成以前的第一推动者。此种功能的发现使得耶鲁大学的阿尔特曼（Sidney Altman）和科罗拉多大学的捷克

（ThomasCech）荣获 1989 年的诺贝尔化学奖金；在他们的工作以前，所有生物学催化剂都被认为是蛋白。

如果我们从自组织原则出发，我们就可以对可能发生的情况，采取另一种和上述看法互补的看法。如果在生命出现以前的原始浑汤里存在有某种恰当的反馈机制，实现自组织的一般条件便成熟了。例如，如果

浑汤里某种分子能催化自身的产生，非线性反馈——自组织的标志，便出现了。从而介质的均匀性将被破坏，引发出图案和节奏（可能经过类似杜灵 1952 年提出的途径），就像化学钟能显示时间上和空间中的图案一样。我们由此得到启示：应该力求一种机制，能耦合扩散和适当的非线性（生物）化学反应。

原始浑汤里的某个关键成分于是变为催化自我产生的一种或多种分子：自催化提供了非线性所需要的正反馈，虽然也有别种可能，例如更复杂的“互催化”，其中反馈是经由一系列连锁反应间接提供的。原始浑汤的性质究竟如何，仍在激烈争论之中，好在这性质是远在直接观测的范围之外。不过这里重要的只是原则性问题。对此，奥尔格和他加州萨尔克研究所的合作者做了极有意义的实验。他们证明了，上面提到的核酸具有自复制这最重要的性质：在核酸原料的纯粹化学混合体里，会有更多的核酸形成。

化学反应是含有时间之箭的一大类过程：这些过程都是不可逆的。有些化学反应显示着非常明确、非常有规则的变化——它们简直就是一种不折不扣的化学“钟”。对这些过程进一步研究，会让我们了解到，它们里面的时间是如何以及是为什么会滴答消失的。进一步说，既然有机细胞的化学性质就是生命的精髓所在，这些钟也就是转动我们自己身体中诸齿轮的微观“轮齿”。时间之箭将以“生命之箭”的方式出现。在这出现的过程中，它产生的花样是如此细致，如此丰富，使我们实在不能相信它是“简并派”人们所说的幻觉。

内禀于第二定律之中的时间之箭，并不等于一直走向无序的盲目破坏；相反地，从第五章开始讲的，支配远离平衡的不可逆过程，对其原理的研究，能帮助我们了解，缓慢而无情的衰退、错综复杂的生命图样、湍流的泛滥，这三者之间的界线如何划分。

一个系统只有被驱赶到远离平衡的状态之后，才能开始产生我们感到兴趣的节奏。试以一瓶啤酒做个有趣的比方。瓶子直放在桌上时，啤酒处于力学平衡。斯文的饮酒者将酒瓶稍加倾斜，使酒平稳地流入杯中，这样他把啤酒移到一个“近平衡”的稳态。可是一个急于解渴的人，抓起瓶子就喝，很可能就会把酒推到远离平衡的状态。他会发现，如果瓶子斜过一定程度，啤酒便会很规则地汩汩流出来。对酒瓶来说，存在一个“临界角度”，酒瓶一达到那个角度，酒就开始来回摆动。那个角度是一个转折点，是一个从混乱到组织的跳板。

这当然就是上章检查自组织的热力学基本配方时，开始考虑的课题。将第二定律应用于任何一个开放系统，即一个可以输入也可以输出物质和能量的系统。将此系统从平衡状态远推到一个转折点，组织便可能出现。我们已经遇到过这样的例子：一个化学反应达到它的转折点以后，出现有规则的颜色摆动，形成为一台十足的化学“钟”。我们目前的任务是，当像这样的钟远远离开它的第一个转折点以后，我们应该用什么方式来描述它。

光靠热力学是不够的。热力学通过熵增的倾向描述时间之箭，它只在去往平衡的路上，放置了指路牌，只告诉我们什么地方变化会发生。但至于会是何种变化，它却给不出任何线索。热力学中没有一个万能法则，告诉我们一个系统如何在时间上演化。我们不得不向热力学告别，而开始跟一些崭新的技巧打交道。