世界传记 I：从起源到公元前 4000 年。 C. 作者：【美】伊恩·塔特索尔 译者：李果 出版社：上海文学艺术出版社 2025 年 12 月 在有文字记录之前（从进化的角度来看，几乎是昨天），我们如何理解我们的远古祖先和祖先？在进化史的开端，我们所拥有的只是化石记录、古代动植物的石化遗骸，以及我们已灭绝的先驱者生活的时代和环境的地质证据。对于进化史的其余部分，我们有考古记录，这是我们祖先活动的部分档案。当动物死亡时，它的遗骸通常会被风、流水和食腐动物肢解，然后被吃掉或干脆任其腐烂。但在某些情况下，河流或湖泊的淤泥等沉积物可以覆盖它们并保护那些迅速恶化的物体。软组织，如肌肉和器官，很少保存时间很长，但身体的坚硬部分（骨头和牙齿）在埋葬后可能会以石化的形式保存下来。在此过程中，溶解在水中并通过遗骸上附着的沉积物过滤的矿物质取代了骨骼和牙齿的有机成分。这样，骷髅就真的变成了一块石头，并且继续存在，除非被外力破坏。以这种方式产生的化石往往准确地记录了原始骨骼或牙齿的外观及其内部结构。由于历史的保存，有时会在沉积岩中发现古代动植物的化石。沉积岩是由岩石受到强风或流水侵蚀而产生的颗粒压缩、接合而成，并通过堆积分层而形成的。因此，在沉积物下层发现的化石比在上层岩层发现的化石更古老。一般来说，这些岩层是垂直形成的卡尔继承。然而，整个沉积岩因地面运动而弯曲，甚至自身折叠的情况并不罕见。因此，理想的“夹心蛋糕”地质比预期的更为罕见。海洋中沉积的岩石序列在很长一段时间内往往是非常连续的。然而，地壳中的这些沉积物会导致湖泊干涸、河流改变路线以及地壳本身上升或下沉，所有这些都会导致沉积物沉降的区域。它们通常是不完整的，因为它们可能会产生侵蚀区域，反之亦然。所有这些和其他因素结合在一起，使地质学家和古生物学家的工作变得复杂。但这些沉积物不仅仅是一个简单的化石宝库，还包含有关特定地区的气候和地形历史的信息，以及当地生活变化的全景图。例如，地质学家可以根据给定沉积岩的特征来确定它是否是通过流淌沉积的。g 或积水，或者是否被强风掩埋在没有植被的地区。在特定沉积环境中发现的化石特征可以揭示特定地区、特定时间生命的大量信息。化石的生活史。当动物死亡时，它的身体主要被掠食者或食腐动物吃掉（左上图）。废墟被侵蚀或被堆积的沉积物掩埋（右上）。在适当的条件下，这些废墟逐渐石化，因为它们的成分取代了周围岩石的矿物质（左下）。随着上层沉积物的侵蚀和风化，化石再次暴露在地表（右下），并且肯定会在自然力量摧毁它们之前被发现。戴安娜·塞勒斯 (Diana Salles) 绘制的《伊恩·塔特索尔：人类奥德赛》 (Ian Tattersall: The Human Odyssey) (1993) 中的插图。世界传记 I：起源至公元前 4000 年的插图。 C. 我们如何知道地质记录中反映的事件何时发生？我们怎么知道什么时候地质记录中反映的事件发生过吗？地质学出现一个多世纪以来，一直无法确定特定沉积岩层及其所含化石的年龄。地质学家所能做的就是声称在特定的沉积盆地中，下伏的岩石比上覆的岩石更古老。然而，这样的沉积顺序可能是不一致的并且不连续的。我们如何将它们联系起来？传统的解决方案是比较岩层内的化石。早期的地质学家很快意识到，不同植物和动物的化石存在于地球历史的不同时期。来自不同地点的含有相同类型植物或动物化石的岩石可能具有相似的年龄。相比之下，含有完全不同动植物化石的岩石可以代表不同的时代。虽然在任何特定时间，不同地点的生活确实有所不同（例如，今天在阿尔及尔地区有北极熊）北极和热带非洲的长颈鹿），通过研究动物化石埋藏层与其他非化石岩层之间的关系，并将来自两个不同地区的动物化石联系起来，地质学家可以快速拼凑出地球悠久历史的广阔图景。当然，粘合过程仍在继续。然而，在游戏的这个阶段，地质学家主要根据既定的全球时间尺度来组织区域细节。 《疯狂原始人 2》(2020) 剧照。然而，虽然可以通过植物和动物化石之间的关联来破译过去事件的顺序，其中一些化石比其他化石更古老，但比其他化石更年轻，但这仍然不允许地质学家确定特定岩石及其所含化石的年龄。尽管对冰川湖沉积物进行详细测年等技术早已被使用，但对古代岩石和化石的大规模测年必须等到20世纪中期放射性测年法的发明图里。该方法利用了某些同位素（广义上讲，给定元素的不同形式）（在生物体和火山岩序列中发现）以已知且恒定的速率分解的事实。这些同位素具有不稳定的原子核，会以恒定的速率自发变化（衰变）为稳定（不变）的形式。如果我们知道同位素的衰变率，我们就可以用它来计算生物体的死亡率。火山岩死亡或冷却后的时间。化石年代测定方法 最著名的化石年代测定方法是放射性碳法。所有生物都含有一定量的碳，其中一些碳具有放射性。只要生物体还活着，生物体中稳定碳与放射性碳的比例就保持恒定。当生物体死亡时，放射性碳比率不再更新，并且放射性碳的量与稳定的相比开始减少。因此，这两种碳的比例样本表明有机体已经死亡多长时间。nism。放射性碳的半衰期（半个原子核衰变所需的时间）非常短，不到 6000 年，因此 0 年后，就不再有放射性碳可供检测。使用这种技术，化石年代测定的最大时间限制被设定得非常低。然而，第一种引入的年代测定方法，即放射性碳年代测定法，仍然广泛用于测定相对较新的化石的年代，例如尼安德特人和早期智人化石的年代。事实上，自从引入另一种方法（加速器质谱法或 AMS 测年法）以来，放射性碳测年法在测年中变得特别有用，因为只有少量的有机材料样本可用于确定年龄。只要分析的样品纯度高，放射性碳测年就可以给出非常准确的结果。即便如此，探测必须进行振动以补偿高层大气中放射性碳水平变化等因素的影响e 和地球磁场强度的变化。另一种确定化石年代的方法称为电子自旋共振（ESR），牙釉质是最好的材料（骨头不是一个好的材料）。釉质晶体结构中的空心“陷阱”充满自由电子，其速率与化石地点的背景辐射水平不同。如果填充因子已知，则可以将时间计算为填充的空心电子陷阱的数量。从生物体死亡和陷阱最后一次清空开始，这通常需要长达 200 万年的时间。这种方法还可用于测定流体石沉积物的年代，流体石沉积物是石灰岩洞穴中常见的一层方解石。另一种是陷阱填充测年法，称为热释光（TL），它测量样品加热时逃逸电子发出的光量。该光的量与陷阱被清空的量成正比，同时陷阱以恒定速率被背景辐射重新填充。自从加热清空样品收集器，这种方法也可用于测量石英或燧石等材料，这些材料由于某种原因我们的祖先在篝火中燃烧。幸运的是，热释光不仅可以用于古代人类经常使用火的时代，还可以对沙子和砾石中的石英进行测定，这些石英的陷阱因暴露在阳光下而被清空。 《疯狂原始人 2》(20)20) 静态图像。可能是放射性最强的年代测定法，也是一种广泛使用的方法（尤其是在火山活动频繁的较早时期），它不仅可以测定化石本身的年代，还可以测定周围岩石的年代。这种方法，即钾/氩 (K/Ar)，是 20 世纪 60 年代发现东非古人类化石大时代的领先技术。火山岩含有少量的钾，其中一些具有放射性，会非常缓慢地衰变成稳定形式的氩（一种惰性气体）。放射性钾的半衰期为13亿年。由于火山岩浆到达地球时并不含有氩气。由于地表处于高温状态，在这些岩石中测得的氩气一定是在火山层覆盖地面后或开始冷却并吸收靠近地表的氩气后积累的。因此，如果我们可以测量样品中氩和钾的丰度，我们就可以计算出岩石开始冷却以来的时间。化石通常不会直接在火山岩中发现，但经常在火山岩旁边的沉积岩中发现。因此，我们可以非常肯定地推断，在连续的沉积岩层中的火山岩层之上和之下发现的化石比被测年的岩石更年轻或更古老。近年来，原来的钾/氩测年方法已被称为氩/氩（Ar/Ar）的相关方法所取代。该方法使用从单个矿物晶体中提取的氩气，并避免了与先前方法相关的许多技术困难。人类进化史的大部分发生在地质时期称为上新世（520万至180万年前）和更新世（180万至10,000年前）。更新世的一个长期公认的特征是，北纬地区受到连续的气候变冷和冰川作用的影响，导致极地冰盖覆盖的面积显着扩大。冰川遍布整个欧洲，覆盖了德国大部分地区和英格兰北部，覆盖了数百英尺的冰雪。在北美，最后一个冰河时代的冰盖向南延伸到今天的纽约市。 19世纪末，有人提出欧洲的主要冰河时代可以分为四个连续的寒冷时期，中间被温暖的间冰期分开。尽管这提供了一个方便的时间顺序框架来排列化石，但它提出了许多问题。最大的困难是进步。冰盖破坏了其路径上的景观。然后，随着冰盖融化，融水去除冰盖携带的碎片。换句话说，冰盖往往会破坏其年龄的证据，而且很难在各地冰川的证据之间建立联系。与其他几种不同的实体测年方法相结合进行校准。幸运的是，自 20 世纪 50 年代以来，已经开发出能够有效处理更新世冷热交替序列的方法。该方法利用了这样一个事实：与地表不同，海底包含了长期沉积物沉积的几乎完整的记录。这些沉积物还含有有孔虫的遗骸，其“壳”（坚硬的外壳）为微生物提供食物。一生海水温度记录。在其一生中，有孔虫从周围的海水中吸收两种不同的氧同位素。寒冷季节的海水富含氧的重同位素。相反，随着海水变暖，较轻的氧同位素的含量增加。因此，w当科学家从海底垂直岩石中钻取岩心时，他们通过对岩心内有孔虫壳的同位素分析获得了气候变化的连续记录。该记录中的时间信息可以与其他不同的约会方法一起校准。其中之一是古地磁学，这是一种研究地球磁场周期性变化这一事实的技术。今天我们的指南针指向北方。但如果一百万年前有一个指南针，它就会指向南方。包括海底岩心在内的岩石保留了沉积时磁场方向的记录。尽管自更新世开始以来磁反转仅发生过四次，但海底岩心的记录显示气候变化更加频繁。因此，需要额外的测年方法来全面校准核心气候记录。一是根据沉积物的厚度推断年代。另一个是它取决于研究了与地球围绕太阳的椭圆轨道以及地球自转轴在该轨道上的倾斜有关的许多因素。这些因素影响地球从太阳获得的能量总量和分布，进而对地球气候产生重要影响。氧同位素分析。出自 Gilder Van Andel，《旧星球的新视野》（1994 年），由 Diana Salles 绘制。因此，我们知道地球气候在过去几百万年里经历了一个逐渐但不稳定的冷却过程。这一过程在更新世期间达到顶峰，当时世界的温度比过去两亿年来的任何时候都要冷。更新世因其不稳定的气候而特别有趣。到了大约180万年前的更新世初期，全球气候变得更加寒冷和更具季节性，极地地区逐渐变得寒冷，高纬度地区的冬季变得更长、更严酷。一个大约50万年前，全球气候进入了从温暖到寒冷的循环模式（就像今天一样），伴随着极地冰盖每10万年最大幅度的扩张。尽管更新世的气候总体上比今天冷得多，但每一次大规模的周期都反映在许多小幅度的气候振荡中。科学家们现在不再笼统地谈论大冰河时代，而是提出了更新世晚期的时间尺度。该尺度包含许多“同位素相”，其中一些是短暂的，而另一些则细分为亚相。因此，130,000至115,000年前的暖期，也称为5e阶段，接下来是5d至5a的冷期（大约115,000至75,000年前）。随着世界变冷，第 4 阶段和第 3 阶段南方发生在 75,000 至 30,000 年前。现在; 30,000年前至12,000年前平均气温较低的时期（周期中最大的“冰河时期”）构成阶段2. 在欧洲的许多地方，如第5e阶段，当时的主要植被是橡树和山毛榉林，就像今天一样。相比之下，从第三阶段到第四阶段，相应的景观更加开阔，动物群在草地和灌木丛上吃草。回溯到更早的时期，当气候记录令人困惑时，同样的趋势也很明显。在第六阶段，即大约18万至13万年前，欧洲次大陆在这一时期的大部分时间里完全被冰川覆盖。然而，虽然前第七阶段天气良好，但大部分时间仍以气温为主。冰河时代不稳定的气候条件不仅影响了我所看到的我们祖先的栖息地，也影响了他们周围世界的地理。这是因为冰盖的膨胀“困住”了先前流入海洋的水，导致海平面下降，先前由融水连接的陆地与冰团分离。一个如果发生相反的情况并且冰盖缩小，由此产生的海岸线将（暂时）看起来很像我们现在习惯看到的海岸线。当然，这种不稳定的地理、气候和生态环境非常适合进化创新和变革。本文摘自《世界传记 I：起源至公元前 4000 年》。 C.并对原文进行了修改。经出版商许可出版。原作者/【美国】摘录：Ian Tattersall/编辑：何野/审稿：何安安/刘军