第二章 进化是大自然的选择

寒潮来袭

寒潮是一种主要发生在北半球中高纬度地区的大范围强冷空气活动。对于寒潮，生活在中国的我们并不陌生。每到深秋季节，我们总能在天气预报上看到寒潮来袭的预警，骤降的温度也会提示寒潮的到来。从深秋到次年初春，都有可能发生寒潮，那么，寒潮是如何发生的呢？

先从太阳说起。地球是太阳系的八颗行星中唯一适合生物生存、繁衍的行星，与太阳适中的距离使地球能够安全接收来自太阳的能量。太阳内部惊人的温度和压力触发了核聚变反应，4个氢原子核经过这种反应，变为1个氢原子核。在这一过程中，原子核亏损的质量转化成能量释放出来，无数的能量汇集在一起，达到惊人的程度并向宇宙辐射，这种能量辐射到地球上变成生物生长、发育必需的光和热，成为地球上的水、大气运动和生命活动的主要动力。

由于黄赤交角的存在，太阳直射点在南、北回归线之间往返运动，各纬度地区接收到的太阳辐射能并不均匀，纬度越高，接收到的太阳辐射能越少，热量越低。高低纬度间的热量差异驱使大气不断运动，以此输送和交换热量。北极及其附近地区处于高纬度地区，很少能接收到来自太阳的能量，因而终年被冰雪覆盖，成为冷空气的发源地。冷空气经过西伯利亚地区得到加强，形成蒙古—西伯利亚高压，强冷气团在冬季风的作用下向中低纬度地区移动，来势凶猛。

寒潮入侵我国的路线主要有三条，一条是经新疆和蒙古高原向日本海及东海北部方向移动，一条是经蒙古高原向我国南方地区移动，还有一条是经日本海或我国东北地区向山东、江苏、浙江、福建等东部沿海地区移动。寒潮所经之处，温度骤降，尤其是寒潮来袭之前越温暖的地区，温度下降得越厉害，伴随而来的大风、霜冻、暴风雪等更使人类受灾严重，导致农作物大量减产、交通严重受阻、公共设施被破坏等。

逆转时光，回到200多万年前的地球，这样的寒潮却是相当“温和”的。

当地质时代跨入崭新的第四纪，伴随而来的不是更加欣欣向荣的局面，而是各大陆迅速蔓延的寒意和大量巨型动物群的灭绝。实际上，地球气候变冷并非突然发生，只是进入第四纪，这种变冷过程变得极度不稳定。自新生代以来，全球气候就在逐渐变冷，由于盘古大陆解体，全球的岩石圈被海岭、海沟等构造带分割成太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极洲板块这六大板块，这些大板块又包含着许多小板块，它们一起在软流圈上漂浮、移动。这些板块内部相对稳定，但板块的边缘地带情况有所不同，由于各板块之间相互作用，这些地方发生了活动强烈的构造运动，种种因素综合，改变了全球的热量传送方式，使得新生代以来全球气候逐渐变冷。到了始新世末期，南极地区出现冰冻和大面积的海冰，南极冰盖形成，大约在上新世晚期和更新世早期，北极地区也形成了中等规模的冰盖，自此，数千万年以来缓慢而不规则的变冷过程失控，第四纪冰川期降临。

至于为什么进入第四纪后地球会形成冰期，学术界至今没有一个理论令所有人满意。

在天文学方面，针对冰期现象有“米兰科维奇循环”理论，从地球轨道变化的角度对冰期成因进行了分析。提出这一理论的米兰科维奇是塞尔维亚的地球物理学家和天文学家，他仔细研究了地球轨道偏心率、黄道面倾斜和岁差等地球轨道参数的长期变化与地球接收太阳辐射量之间的关系，提出由于地球轨道偏心率值增大，日地距离远，导致地球接收的太阳辐射量减少、气候变冷，出现冰期。

地球轨道偏心率值的平均周期为93000年，黄道面倾斜和岁差以另外的频度和幅度做周期性变化从而影响气候，黄道面倾斜的平均周期为41000年，岁差的平均周期为22000年。米兰科维奇认为，地球轨道三参数的变化，会使地球接收太阳的辐射量产生变化，使地球气候做周期性变化，成为导致冰期气候的主要原因。

后来，科研人员通过深海钻探技术取得大洋深处有孔虫化石壳中的氧同位素。通过这些氧同位素，科学家对古地球的气候变化进行了分析，其结果在一定程度上证实了米兰科维奇的观点。但米兰科维奇循环理论只能对第四纪冰川期中的冰期—间冰期旋回做出解释，却不能回答为什么冰川期会发生在第四纪而非第三纪。

科学家从物理层面对第四纪大规模冰期的成因做出推测，其中很重要的一个因素就是洋流。一提起海洋，很多人脑海中就会浮现一幅画面：蔚蓝的天空之下，阳光和煦地照射在无垠的海面上，海水呈现出一种深沉的蓝色，泛着银色的光，微风轻拂，海面泛起层层波纹，海岸附近充满海水的咸味。

这种想象不能说错，但也不完全对。实际上，大多数人想象的“海洋”都是“海”，而非“洋”。“海”和“洋”有区别吗？当然有。海洋将地球上的陆地分隔、包围，但其自身是连续相通的，洋是海洋的中心部分，远离大陆，很少受到大陆影响，而海是海洋的边缘附属部分，靠近大陆，既受洋的影响，也受大陆的影响，在深度和面积上远远不及洋。

很多时候，我们会被平静的海面误导，以为海水是静止不动的，这是因为地球表面积的71%都是海洋，陆地在其中所占的比例很小，过于宽广的面积让海水看上去静止不动。此外，还有一个原因，那就是液体的特性。如果将地球上的全部海水抽离，就会看到原本充斥着海水的地方露出凹凸不平的地表，而将海水倾注下去，这些原本不平的地方又会被完美遮盖。从表面上看，人们只能看到一望无际的海面，实际上海面并非完全水平，如澳大利亚东北部海区就高于一些海区，而加利福尼亚以西的海区又低于部分海区。凭借肉眼觉察不到这些落差，但这些实际存在的海面高低差会引起海水的运动。

海水无时无刻不处于运动之中，最常见的就是波浪和潮汐，除了这些运动方式，海水还常年稳定地沿一定方向进行大规模运动，这种运动就是洋流。洋流形成的原因很复杂，其中最主要的是大气运动和近地面风带，由此形成的洋流叫风海流，此外还有因各个海域的海水温度、盐度不同形成的密度流，因一个海区海水流出减少而以相邻海区海水填补形成的补偿流等。

海洋大量接收了来自太阳的辐射能，成为地球上巨大的热能储存库，对地球上的长期气候变化有着重要影响。太阳直射点的变化使海水温度存在差异，因而洋流有“寒”“暖”之分。通常情况下，高纬度地区的海水温度低于低纬度地区的海水，故而由高纬度流向低纬度地区的洋流是寒流，反之则为暖流。海洋和大气相互作用，共同维持全球的水、热平衡。

进入第三纪，这种平衡有了被打破的倾向。由于板块的构造运动，到了始新世早期，澳洲从南极洲分裂并向北漂移，这种持续性的漂移运动使德雷克海峡渐渐畅通，南极被孤立，绕极洋流诞生，将南极“封闭”起来，温暖的洋流不能到达南极大陆，南极温度逐渐降低，形成冰盖，海面渐渐下降。

到了中新世晚期，也就是始熊猫活动的时期，南极冰流规模扩大，全球普遍降温，巴拿马地峡封闭，东特提斯海消失，东西洋流随之消失。当温度持续下降，海面上的冰层越来越厚，范围越来越广，大量的水由液体变为固体，使海平面渐渐降低。

到了上新世时期，亚欧板块与美洲板块之间的白令陆桥露出海面，阻断了北冰洋与太平洋之间的洋流循环，使北冰洋处于半封闭状态，北极迅速变冷，形成大范围的冰盖。积雪和冰层覆盖范围不断增加，反射的太阳辐射能也在增加，导致大量的热量散失，地球气候进一步变冷。

进入第四纪，这种大范围不断变冷的环境成了生物生存、繁衍必须面对的一大难关。为了应对越来越恶劣的环境，生物不断进化，或离开原来生活的地方，向更温暖的地方迁徙。

第四纪初期，我国南方地区还没有被寒意侵袭，在湿润而温暖的气候作用下，森林茂盛生长，覆盖了大范围的地区，一些喜好在热带地区生活的生物从其他地方迁徙而来，始熊猫原有的生活领地竞争日渐激烈，情况对它们来说变得更加不利。

一些经常出没于竹林的始熊猫存活了下来，其他始熊猫则渐渐消失在历史的长河中。始熊猫到小种大熊猫存在着长达几百万年的化石缺失，因此我们无法通过化石来判断在这段漫长的光阴中，大熊猫的祖先究竟在哪个节点上压抑了作为食肉动物的天性，而将竹子变成主要食物。总之，通过对现有小种大熊猫化石的分析，科学家判断，200万年前，大熊猫的祖先完全向食竹方向进化了。