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蔚蓝的海洋世界
李剑桥 |
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海洋的演化
地球及其海洋的演化的故事无疑是世界上最伟大的奇事、肥皂剧和灾难电影的汇演。地球就是演出的大舞台，而古代和现代的生命的所有形式扮演着舞台上的角色。故事开始于一个奇异陌生的环境，地面受到小行星剧烈的碰撞，猛烈的火山不断喷发，频发的大地震撕扯着陆地。间或寒冷的气温使地球突然陷入严寒，其余的时候这个星球倒是适于生活的温暖舒适的地方。当大陆发生漂移、相互碰撞或相互分离时，海平面将发生升降变化，在这个壮观一幕中的角色也随之发生变化。有时它们形态相似，有时却又是迥然不同的生命体。在使生物发生灾变的事件中，新的角色出现了，而原来的个体有的受到了致命性的伤害，有的则被新的居统治地位的种类所取代。在整个故事中，一个不变的因子贯穿着大部分阶段，这就是：海洋存在着并孕育着生命。海洋和她的居民在地球的发展和生命的演化中起着重要的作用。我们人类相当于这个故事近尾声时的一瞬。但是通过追寻海洋与生命的演化过程和地球不断变化的历史，我们对我们这个动态的星球、对生命的脆弱以及我们人类自身的起源有了深入的了解。这是每个人都应该知道的一个故事，因为从中真实地透视出我们人类自身的渺小，以及我们可能对地球产生的巨大影响。
在开始追述历史的航行前，重要的是记录下来地球的历史是怎样拼合起来的，以及为什么其中一些片段谜一样地缺失了。我们利用现代科技可以把孩子们的成长过程录下来，以便将来一天他们可以看到自己的出生和成长。遗憾的是，地球和海洋的形成和演化过程没有录像。科学家们只能从古老的岩石、化石和其他行星中寻找线索，重现地球和海洋的历史。比如我们对地球形成的了解，基本上是得自于对星际碰撞、陨星、古老的陨石坑和惰性气体的研究。这些惰性气体如氙、氪、氩在太阳上含量丰富，在地球上却很稀少。
科学家们在研究古地球、海洋和早期海洋中的生命时所遇到的难题是现代海洋采样的难度所无法相比的。逻辑上，有关早期海洋和原始海洋中生命的最佳信息应来自于海底的沉积物和埋藏的化石。然而当我们探讨了海洋的地质情况、海底扩张和洋壳在深海沟的消亡后，我们发现洋壳在不断地再生循环着。虽然地球有几十亿年的历史，但现代海洋里最老的沉积物和岩石的年龄只有一亿八千万年左右。幸好大陆板块没有发生显著的再循环，高山的岩石中经常含有被抬升于海面之上的古老的海洋沉积物和化石。但是岩石和化石记录远不够完整，常常比较分散，使解译变得比较困难。
几个世纪以来，科学家们在大陆、海洋甚至外层空间搜寻能解答地球演化之谜的星星点点的证据。本文对星际演化的阐述中，由于篇幅所限，只包括了一部分解译地球历史的化石和岩石的描述。
另一个将简要提及但却更为重要的信息来源是深海钻探计划（DSDP）以及其后继者大洋钻探计划（ODP）。这两个计划是国际上空前的一次科学家、技术人员和管理者的大合作，其目的就是从深海底采集沉积物和岩芯样品。这些深海孔资料曾经为板块构造、海平面变化和全球气候变化研究提供了一些最为重要的丰富的科学数据。
地球大约有45亿年的历史，地球演化发生的时间尺度通常是几十亿年、几百万年和几十万年的数量级。但是我们往往以人的一生的长短来考虑时间尺度，数量级是一百年，细分后还有年、月、星期、小时和分钟这样的时间片段。地质学家利用岩石研究地球的历史时，意识到对应于地球演化阶段建立一种参考时间的方法的必要性，所以他们建立了地质年代表。
地质年代表中世代的划分基于某些化石或化石群的出现和消失。起初，地质年代被划分为有生命时代和无生命时代两个部分。近几十年来，研究发现原始生命开始的时间要比以前认为的要早的多，因此改变了最初的年代划分系统。根据现在的分类，地球历史的最早时期称为前寒武纪，从45亿年前到大约5.5亿年前，这段时期生物的演化还不足以留下丰富的化石。从寒武纪开始（约5.5亿年前），划分出古生代、中生代和新生代，分别代表古代生物、过渡时期生物和现代生物的时代。
海洋的诞生
在地球早期的生长过程中，巨大的星际碰撞有规律地发生着，把大量的尘埃释放到大气中，遮住了所有的阳光，使地球陷入彻底的黑暗中。彗星、大量凝固的气体和冰块以及小行星撞击着地球，猛烈的风暴在地球上肆虐。巨大的撞击和不断的火山喷发产生的大爆炸使埋藏于岩石中的水和气体释放到大气中。这时的大气，条件恶劣，密度很大，由二氧化碳、水蒸气、氮气和其他几种气体组成。尘埃、蒸汽和火山灰形成的黑云笼罩着天空，狂雷巨闪划破黑暗，炽热的岩浆海在地面上沸腾着、激荡着。早期地球的黑暗让人无法想像它会变成一个蓝色的星球。
科学家们利用一种新技术来估测地球诞生的时间：放射性测年。地球上所有的元素由于它们原子核内的中子和质子数的不同，而有一定的原子量。一些元素如铀、镭、钾和碳，由于同一种元素的原子核内中子数不同而有几种不同的表现形式，称为元素的同位素。同位素原子量虽然不同，但它们的化学性质是相同的。一些同位素不稳定，具有放射性。放射性同位素以一定的速率衰变，衰变速率称为半衰期。元素的半衰期就是这种元素从原始质量衰变到一半时所花费的时间。如果地质学家知道了某种元素的半衰期，他们就可以通过测定每体和子体（衰变的产物）的质量来计算岩石的年龄。例如，碳有三种同位素：两种是稳定的（碳12和碳13）；一种是不稳定的，即具有放射性（碳14）。当碳14衰变时，放出热量，生成氮14。碳14的半衰期是5570年，也就是说，在某种物质中的碳14需要花5570年的时间使一半的碳14转变为氮14。地质学家们可以通过测定现在岩石中碳14和氮14的量，来估计岩石的年龄，这就是碳测年法。
科学家们认为陨石和地球具有相同的年龄，通过对陨石进行放射性测年，得出陨石已经有45亿岁了。现在，科学家们认为地球在早期形成过程中受到一个巨大的小行星撞击，使地球的一部分脱离出去，形成了月球。所有的月球岩石的测年结果都略小于45亿年。古陨石坑，尤其是月球表面上的古陨石坑中的岩石的测年结果表明，大约45亿年前，地球已经长到了现在的大小，彗星和小行星的撞击频率开始减慢。
到44亿年前，撞击的减少使岩浆海的活动减弱，地球的表面开始冷却，慢慢地，冷凝的岩浆形成一层薄而黑的地壳覆盖着地球。虽然行星撞击和火山喷发时不时地把地壳撕开，把炽热的岩浆喷向天空，但是，随着撞击的不断减少，冷却的不断进行，地球表面形成了越来越厚的地壳。冷却使大气中的水蒸气冷凝，水滴以降雨的形式落到地面上。不久，暴雨冲刷大地，形成了第一个水的海洋。这时的海水是酸性的，而且非常热，水温大概有100℃（212°F）。火山喷发和大量的降雨把一些元素带入海洋中，使海洋稍稍有一点儿盐度。环绕地球的大气仍充满着二氧化碳，并且密度大，具有腐蚀性。随着越来越多冷凝水的形成，阳光开始穿透黑云。这时海的周围矗立着高高的环形山，但水的侵蚀力量是巨大的，凶猛的洪水冲出深谷，冲蚀着山峰。最近的几次小行星撞击使海洋产生了滔天巨浪，海啸席卷了整个地球。因为那时的月球更接近；地球，所以海洋中的潮汐作用很强。
大气中的二氧化碳开始溶入海洋，与海洋中的碳酸根离子结合形成碳酸钙或石灰石。随着沉积在海底的石灰石越来越多，大气中的二氧化碳逐渐减少，天空变得明亮起来。碳酸钙调节着海洋的酸性，使海洋的化学环境略带苦涩，其作用就像胃酸过多的人服用的抗酸药物一样。太阳的辐射增加，使地球的温度上升，大量的水从海洋中蒸发出来，使海平面下降，露出许多陆地。在雨水和河流的风化作用下，更多的矿物质从新的陆地进入海洋，海洋的盐度开始上升。
在这一时期，地球上的气候变化可能异常剧烈，同时火山喷发、地震海啸仍不断改造着地球表面。一些科学家认为，在这段时期，灾难性的小行星碰撞仍时有发生，海洋以几十年为周期不断地蒸发着、改造着。
生命在海洋中繁盛
大约5.5亿年前的古生代时期，是古代生命的时代，我们故事的背景又要有所改变了。庞大的超级大陆依然沿着赤道分布，但不久，巨大的裂隙撕开了大陆，海水涌入，形成了大片的浅水地区。在后来的2亿年里，大陆分离并漂向两极。岩石和化石表明，那时海洋的温度在20℃~40℃（68°F~104°F）之间，海水的化学组成和含盐量与现代的海洋非常的相似，大气中，氧气的含量不断上升。广阔、温暖的浅海栖息地为生命的爆发提供了绝佳的环境。
古生代的开端是寒武纪，这是一个以空前的生物演化和奇特的海洋生物多样性为标志的时期。在1000~3000万年的时间里，海洋生物迅猛发展，并出现了地球上所有生物的形态雏形。因此，这一时期被称为寒武纪爆发或生物大爆炸。甲壳类、贝类、海胆、海绵、珊瑚、蠕虫以及其他生物的祖先全都诞生了。生物第一次开始利用海水中的矿物质，如二氧化硅、碳酸钙和磷酸钙等来制造贝壳或骨骼，也就是说，生物进化出了硬体部分，如贝壳、棘状物和由鳞构成的鳞甲。
最早具有硬体部分的动物种群是小介壳的生物；它们中有一些与现代的生物相似，而另一些则具有奇特的小的叶状物、管状物、鳞甲和帽状物。斯蒂芬·高尔德在他的颇具有启蒙意义的书《神奇的生命：代表性页岩和历史的本质》中指出，古生物学家以令人尊敬的坦诚，尴尬地把这些最早的令人迷惑的生物称为“小介壳类动物群落”。随着时间流逝，小介壳类动物群落消失了，但其后不久，最著名的寒武纪动物种群出现了，这就是爬行的三叶虫。那些对三叶虫特别感兴趣的人把寒武纪命名为三叶虫时代。
三叶虫，因其身体是椭圆形、三片状而得名，在随后的一亿年中，它们统治了海洋。三叶虫遍布海底，许多个体小，长度不到20厘米；而有一些则较大，体长可达半米。大多数的三叶虫在海底爬行觅食，有一些还会游泳；所有的三叶虫都会捕食粗心的小动物。鲎就是它的肉食性三叶虫祖先的某些部分的相似物。
在三叶虫之后，出现了大量其他的甲壳类动物、类似蚌的腕足类动物，棘皮类动物和一种奇特的具有硬质钙质骨骼的圆锥状海绵。腕足动物是一种滤食性、有壳的生物，与蚌类似，靠斧足或棘状物固定在海底生活，或只是栖息于海底。棘皮动物得名于它们带棘的表皮，包括海胆、海星以及像花一样的海百合。它们是无头的生物，不知道前后，现代的所有棘皮动物都是五边对称的。寒武纪的海洋中，充斥着蠕行类、掘穴类、少数的游泳类、一些浮游类和海底固着类的动物。珊瑚开始生长，形成了原始的珊瑚礁，水母在上面随波漂流。虽然，在寒武纪生物大爆炸中发展起来的许多生命形式是现代海洋生物的祖先，但是一些科学家认为，其他的奇特生物将再也不会重现于海洋中了。
现在，全世界都发现了寒武纪时期的化石。伯吉斯页岩是加拿大英属哥伦比亚南部的落基山脉的一处露头，其岩层是最早、最著名也是最有争议性的研究寒武纪海洋的窗口。1909年，Smithsonian研究所的秘书查尔斯·伍尔科特最早发现了伯吉斯页岩的化石。在家人的帮助下，他花了数年时间在伯吉斯页岩的黑色岩层中挖掘化石，最后向Smithsonian国家自然历史博物馆提供了65，000多件的化石标本。随后的研究表明，伯吉斯页岩的动物曾生活在一个高耸的石灰岩峭壁边缘的一个巨大珊瑚礁上，之后在一次猛烈的水下泥崩中，它们在很短的时间里被杀死，并被埋藏起来。它们形成的化石，不但包含了最早的具有硬体的生物的证据，还包括了古生物家梦寐以求的丰富多样的软体动物化石。伍尔科特最后鉴定出我们现在知道的170个种类中的100个。一些科学家批评伍尔科特，因为他试图根据现代海洋中生物的身体结构来划分古代的生物。但是伍尔科特对我们了解古代的海洋所做出的巨大贡献是无可争议的。
在伍尔科特工作之后的几十年里，科学家对伯吉斯页岩化石很少关注。到了60年代后期，英国剑桥的广个研究小组在古生物学家哈里·韦庭顿和他的两个学生布里格斯和莫里斯的带领下，开始对伍尔科特的化石采集场和收集的伯吉斯页岩化石进行了广泛的再次调查。他们使用了精密的显微镜，对伯吉斯页岩化石进行了细致入微的观察；还用牙科钻头揭开了被硬结沉积物包藏了多年的化石表面。随着研究的进行，墨黑色页岩中开始出现以前从未见过的生物。在高尔德有关伯吉斯页岩化石的精彩描述中，他强调了这些“不可思议的奇迹”的奇特性质。
围绕着伯吉斯页岩存在着许多争议：它们对进化意味着什么，是否是现代生命形式的祖先，或者只是代表了导致灭绝的不成功的原型。布里格斯最初将一种动物描述为多毛纲的环节动物一一种身体分节的蠕虫。后来，莫里斯发现，这种动物沿着躯干的棘毛不像任何的多毛纲动物，在认识到这种动物奇特的性质后，他将其命名为Mlucigenia。1977年，莫里斯将这种动物画成一种蠕虫状的生物，背上有七根不断摆动的触角，用柱状的棘行走。20世纪90年代早期，科学家研究了来自中国的保存完好的标本后，给出了另外一种解释，他们认为，莫里斯所画的实际上上下颠倒了。这种动物实际上是一种毛虫样的生物，背部的棘起着防身的作用，而长的触角状足是用来爬行的。但莫里斯把它的腹部当成了背部，把背部当成了腹部。现在，莫里斯和其他的科学家都认为，这种动物是现代节肢动物的祖先，如蟹、蜘蛛和昆虫等。伯吉斯页岩中的另一种动物是Anomalocaris，或称为“怪虾”。它长度可达半米，是最大的也可能是最贪得无厌的动物。它具有眼柄，身体类似乌贼，嘴圆形，有齿状颚和与头部相连的庞大四肢。它强有力的颚和捕食的本性使它荣获“三叶虫时代的恐怖分子”的称号。起初，怪虾被认为与现代的种类无关，但现在一些科学家认为，它也可能与节肢动物具有早期的亲缘关系乙对于布里格斯化石采集场和其他地方发现的寒武纪时期这些不可思议的奇迹的研究和争议仍在继续着。
让我们返回到古生代海洋早期的舞台吧，这时出现的角色变成了许多陌生的与熟悉的海洋生物。奇特的棘状生物与有壳生物在海中漫游着，喇叭状和盘状的珊瑚、圆锥状的海绵和无数的蚌状腕足类动物散布在海底。苔藓虫，经常被称为“苔藓动物”，它们将岩石和碎石堆盖上了一层彩色的碳酸钙分泌物；橙色、紫色和绿色的群落有助于形成不断增厚的石灰岩。小而简单的叫做介形亚纲的甲壳纲动物与扁平的管状有孔虫一起生活在这些沉积层中。有孔虫是一种单细胞、变形虫样的生物，具有小的钙质外壳。在古生代它们全都生活在海底，之后，出现了新的浮游种类。保存在海底沉积物中的有孔虫的小壳，最终将成为科学家研究地球历史的无价之宝。
在海洋的开放海域里，微小的浮游动物和浮游植物也变得丰富多样起来。放射虫出现了，这是一群有着美丽的硅质外壳的小的浮游动物。这时，几乎所有具有可保存的硬体部分的主要的无脊椎动物群都出现了。
是什么可能造成寒武纪的海洋中生命这样的迅猛繁荣呢？科学家们提出了几种假说。一种理论基于达尔文的进化论，认为生命的多样性是由于种间竞争和自然选择的结果：适者生存的一个典型例子。只有那些进化出防护性的甲壳或硬体部分的生物，才能抵抗新生的饥饿的捕食者的屠戮而生存下来。但是这一时期进化速度之快，似乎与达尔文自然选择的渐进过程并不相符。还有一种理论认为，环境的变化加快了寒武纪生命的繁荣。这时早期超级大陆已经分裂，海陆的分布格局已经改变。氧气浓度的增高和气候的变暖，使得新生的海洋更有利于生命的存在，或者可能是大陆的运动使海域扩大了，为特殊的生命形式提供了更多的栖息地。第三种理论认为，这一时期发生了一次灾难性的小行星撞击事件，改变了海洋的条件，为生命的繁荣扫清了障碍。还有人认为性别的出现是生物大繁荣的真正原因。在出现性的繁殖之前，生物基本上是靠自我分裂的方式进行繁殖的，这是一种简单地把基因物质混合从产生变化的方式。出现了性的繁殖后，基因物质就可以在种内快速混合，更快地发生变异，从而进化到新的生命形式。几乎没有什么证据来支持上述的任何一种理论；但几乎可以肯定的是，科学家将继续寻找这些“为什么？”的答案。
4.5亿年前，古代海洋中不但充斥着蠕行的三叶虫，还有许多个头更大、能力更强的捕食者。乌贼状的头足类动物和鱼类开始出现。最初的鱼类是无颌的像鳗鱼一样的生物，它们沿着海底游泳，大口大口地摄取水和富含有机质的泥。这些早期鱼类的现代代表有七鳃鳗和盲鳗，由于它们被捉住时会渗出大量的泥而更适于称之为泥鱼。许多的早期鱼类个头小，具有一层骨质鳞片和护板组成的“壳体皮肤”。壳体皮肤很重，使它们只能在近海底活动，由于缺少鳍，它们的灵活性受到限制。后来，鱼类进化出颚，成了优秀的游泳者和能力更强的捕食者。一些种类将保持小的个头，浑身长着尖刺，而另一些种类的个体开始变大。最早的有颚类鱼无论怎么说都是个怪物，体长可达9米，巨大的颚能够一口吞下猎物。矛尾鱼是另一种原始的有颚鱼类，曾被认为已经灭绝了，但在20世纪30年代，一艘拖网渔船在马达加斯加南部曾捕到过一只矛尾鱼。后来，在印度尼西亚的深水区以及印度洋中也捕到过矛尾鱼。矛尾鱼呈蓝灰色，具有银色的条纹和大的板状鳞片，因为4亿年以来没有什么改变，所以被称为活化石。几个科学家非常固执地对活着的矛尾鱼进行收集和研究工作，但都没有成功。
一些人认为，大约4.4亿年前，地球经历了一次气候的巨变。在北非、巴西和阿拉伯半岛发现的冰期遗迹表明，此时地球又进入了冰期时代。海洋中的水冻结成不断扩大的冰盖，造成海平面急剧降低，许多浅水海洋栖息地逐渐消失。一些生物被一扫而净，而其余的生存下来并逐渐恢复——这是地球历史中不断重复的一个过程。生命发展起来，变得多样化，随后周期性地受到一次毁灭性事件的重创，每次打击如此之大，以至引发了一次次的生物灾难；一些生命形式毁灭殆尽，而其他的则活下来，并开始恢复，繁殖，继续着演化进程。
大约4亿年前泥盆纪早期，有颚鱼类的基本结构比较适仔环境，它们在海洋中占据了统治地位。一种奇特的泥盆纪鱼类具有与现代鱼类一样的后半部的结构——一条类似鲨鱼状的尾巴；身体的前半部则较原始，被骨质的壳板所包被。它的腿像螃蟹，眼睛和嘴像青蛙。随着时间的推移，这种早期鱼类的沉重的壳板完全消失了，取而代之的是较轻的灵活的较多的鳞片。有意思的是，科学家们认为鲨鱼和所有其他脊椎动物（包括人类）的牙齿都是从这些早期鱼类的鳞片或护板演化来的。
几百万年来，无脊椎动物如三叶虫和棘皮动物统治着海洋，但它们的灵活性受到了外骨骼的限制。当鱼类带着内骨骼出现时，它们就拥有了生存优势。内骨骼使鱼类可以长得更大，更强壮。鱼类成了更好的游泳者，它们更加灵活，体形更加流畅，游起来更快。它们具有双鳍，因而可以停下来、转向和使用技巧，就像一架飞机或一艘潜艇一样；它们的双鳍还可以防止翻滚、颠簸和偏航。
鲨鱼是一种软骨鱼类，也出现于古生代。最初的鲨鱼与现代的各种鲨鱼相似，也具有长长的身体，很大的三角形鳍和一条具有尾叶的朝上坚耸的尾巴。早期的鲨鱼有两个背鳍和一对胸鳍，有些在前部的背鳍上还有一个骨质的棘或像刷子一样的结构。每个鲨鱼颌的旁边都伴生着一层像传送带一样的齿龈组织。在鲨鱼具有周期性的牙床中，逐渐生出由磷酸钙构成的锋利的牙齿。因种类不同，鲨鱼的牙齿的更换周期有的是几天，有的是几周。由于鲨鱼和桠鱼没有真正的骨架，对它们古代祖先的了解主要来自牙齿化石，偶尔从保存下来的构成鲨鱼皮的微小齿状物中，我们也可以了解到一些信息。鲨鱼牙齿化石是比较丰富的——因为在鲨鱼的一生中，可以产生上千颗牙齿。
多刺鱼类和鲨鱼扩展着它们的生存空间，种类变得多样化起来。早期鱼类中，有的甚至来到陆地上，生活在潮湿的泥洼中。原始的肺鱼，因其辅助的肺而得名，可以呼吸空气，并利用一对强健有力的鳍在陆地上蹒跚而行。不难想像，肺鱼后来是怎样进化成陆栖生物的。
大约4亿年前，地球的外貌开始发生变化。植物从水下世界出现，并来到陆地上，最早的昆虫开始在天空出现，动物开始在海滨游荡，苔藓和蕨类植物使原本荒芜的大地披上了一层新的绿色，森林开始出现。大片的沼泽取代了早期的海洋环境，干燥的风在广袤的沙漠地区吹扬。悔洋和海岸带之间的竞争变得激烈起来，动物被迫迁向陆地以寻求安定的环境和新的食物来源。最早离开潮湿世界的生物是早期的两栖动物——现代青蛙、蟾蜍和蝾螈的祖先。它们的化石和保存下采的遗迹表明，它们通常生活在小溪和沼泽里，以捕食昆虫、鱼类和自己的同类为生，但偶尔它们也会冒险来到干燥的陆地上。在两栖动物的一生中，由于他们要返回海洋产卵，所以不能一直远离水。它们向陆栖动物的转化还是不完全的。对于海洋生物来说，它们第一次从海洋到陆地的过程就像一场噩梦——太阳的酷热、身体受到无法避免的重力的拖曳、怪模怪样的食物和不可知的捕食者。但毕竟生命承受下来了，动物进化出了适于陆地生活的骨骼和细胞结构。
大约3亿年前，真正的陆地生物——爬行动物首次出现。与两栖动物不同，爬行动物产的卵有一层坚韧的钙质外壳，这使得产卵可以在陆地上进行，它们就不必周期性地返回海洋了。最初的爬行动物是个体小、样子像蝾螈一样的生物。但它们生长和分化得很快，一些成为食草动物，以植物为生；而其他的则成了食肉动物，以肉为生。有几种大蜥蜴在背部有一条扇子状的大“尾巴”，可能是调节体温用的：是大自然独创的太阳能板。
2.7亿年前二叠纪时期，古生代接近了尾声。在地球舞台上出演的角色名单再次爆满；海洋中的生命熙来攘往，一片繁荣景象。气候变暖了，浅海覆盖着地球表面的许多地区。这时的海洋环境有利于海洋中生命的成长。滤食生物在海底占着统治地位。高高的花一样的海百合随着海流飘动，有时高度可达3米。海百合是海洋中的百合花，它们的花柄呈圆柱状，又细又长，这些柄由大小合适的石灰石圆盘组成，顶端是一簇触角。腕足动物几百只一群静静地呆着不动，通过它们蚌蛤一样的身体过滤着海水。苔藓虫在碎石堆上繁衍，建造起五颜六色的种群，有的像小树枝，有的像扇子，有的像人的手指。在珊瑚礁上，珊瑚虫相对于其他制造石灰石的生物要逊色一些。海绵、苔藓虫、海藻和有孔虫可以堆积成巨大的石灰石结构。这些由碳酸钙组成的海底小山不断生长着，上面到处是海洋生物，有的在爬动，有的在游弋，有的则静止不动。多刺鱼类和软骨类的鲨鱼也扩展开来，并出现了分化。甚至连沼泽中都充满了有着巨颌和一对尖牙的鳗一样的鲨鱼。海洋中到处是生机：巨大的珊瑚礁里挤满了海洋生物，表层的海流中密布着浮游植物，地球的水域里分布着大量的鱼类。
但是到了大约2.5亿年前，某个事件的发生，使地球上的生命几乎都被消灭光了。大灭绝降下了二叠纪和古生代结束的幕布。在这次大灭绝中，当时存在的所有种类有90%被杀死了，地球上一次伟大的生物改组开始了。三叶虫和几种甲壳类动物以及珊瑚虫完全消失了。小个体的有孔虫不见了，腕足动物、苔藓虫、海百合和鱼类也损失惨重。陆地上，两栖动物和昆虫的数量急剧降低。
许多人认为，二叠纪末的大灭绝发生在一段相对比较短的时期内，大约有几百万年，但还没有人发现确切的证据来说明发生的原因。对这次生物灾难的解释有几种，包括气候的巨变，海平面的急剧降低，贫氧水的上涌，有毒物质的出现，以及生物链中几个关键种类的消失。最近的研究表明，二叠纪的大灭绝实际上发生在50万年以内，这使一些科学家得出这样的结论：大灭绝是由于一个巨大的小行星或彗星撞击地球所致。而其他科学家认为，二叠纪末的大灭绝与大陆构造的改变以及地球深处火山活动的加剧有关。
现代生命时代的发展
白垩纪的结束标志着新生代——现代生命时代的开始。新生代的时间跨度从6500万年前直到现在，它与以往的历史时期有着显著的差别。这时，生命发展的条件已经具备，就看谁能够适应、对抗和忍受正在变化的环境条件了。脆弱的物种将不得不与捕食者和多变的环境做斗争；只有强健的个体才能生存。在海底和陆地上，形成了高耸的山脉，永久性地改变了地球的气候。海洋的温度和环流都发生了意义深远的变化，影响着地球和地球上生命的分布。哺乳动物成为陆地的统治者，并最终进化成为人类的祖先。
与较早的历史时期相比，我们对新生代的了解比过去的历史时期要多得多，因为我们能够得到更完整的化石和岩石记录。虽然描述新生代的著作非常多，但这一时期仅仅只占了地球45亿年历史的1.5%。
在6500万年前，当K—T撞击的尘埃和灰烬落尽的时候，地球的表面开始变得有些和现代相似了，出现了广阔的陆地和越来越大的海盆。这时，早期的南大西洋位于非洲和南美大陆之间，狭窄的北大西洋正在欧洲和北美大陆之间形成。曾经和南极洲相连的澳洲大陆已经分离开来，并慢慢向北移动。同时，印度板块已经与非洲大陆分离，并向北移动，很快将与亚洲大陆相撞。新生代早期，大陆位置的改变和海盆的扩张对古代海洋的环境有较大的影响，不久，对整个地球都将产生影响。古地中海水道和它的赤道环流停止了。澳洲和南美大陆正向北移动，南极洲更加接近南极，一股新的环流正沿着南部大陆形成。地球正在变成一个有着多个海盆的星球，一条巨大的海底裂缝和山脉横贯地球的表面，像一个不断扩大的伤口一样。最后，大洋中脊将在地球表面蜿蜒达60000公里，成为地球上最大的但沉没于海底的山脉。
目前的一个理论认为，在新生代早期6000~5500万年前，当地球和地球上的生物正在从K—T碰撞中复苏时，是一段陆地上和海洋中发生强烈的全球变暖的时期。可能加勒比海猛烈的火山喷发和大量的甲烷涌出海底，使得地球变得更加温暖。有人认为，海洋变暖和它所引起的深层海水的滞流导致了另一次大规模的海洋生物的灭绝，尤其是深海有孔虫的许多种类。陆地上，全球变暖的这段时期为哺乳动物的繁殖和它们在大陆上的扩张铺平了道路。
那些经历了中生代后期行星大碰撞生存下来的生物开始复苏，随着新生代的推移，新的世界秩序开始形成。陆地上，植物开始生长，将大地变成一片绿色。气候温暖而湿润；热带森林从赤道延伸到中纬度地区，林地出现在两极地区。没有了食草恐龙的觅食，植被生长繁茂。在大爆炸中生存下来的小型哺乳动物在大陆上扩张，种类多样化起来，不断填补着恐龙留下的空缺。随着哺乳动物形体的增大，它们能适应更特殊的环境，进入新的栖息环境，例如海狮、海豹和海象能够在水中嬉戏玩耍。随后，鲸鱼和海豚出现在海洋中。
早期的鲸鱼是一些有齿的种类，同海豚、逆戟鲸（OR—CAS）和抹香鲸一样。与它们在陆地上的哺乳动物同类们不同的是：鲸鱼没有毛发或毛皮，而是代之以光滑的皮肤，这有助于它们在水中游动。鲸鱼进化出厚厚的皮下脂肪层，使它们在冷水中也能保持温暖；在陆地上用于行走的四肢消失或转变成了桨状物；外鼻孔从头部前端移到头骨的顶端或后部，成为呼吸的通道。鲸鱼拥有巨大的有弹性、可折叠的肺，有利于它们的深海潜泳；它们的耳朵变得对水下的声音和震动敏感，这使鲸鱼和海豚进化出回声定位的本领。后来，海洋中出现了须鲸类，如露脊鲸和巨大的蓝鲸，它们有着带绒毛的颚或鲸须，使它们能从海水中过滤出大量的虾、浮游类和小鱼。
鲸鱼的祖先是一个多年来争论的问题。虽然，我们知道鲸鱼是从陆地的四足哺乳动物进化而来的，但是，我们并不知道是哪种动物进化成了鲸鱼，也无法明白为什么这种动物要放弃陆地而重返海洋。根据牙齿的惊人相似性，一些古生物学家认为，鲸鱼是一种像狼的哺乳动物进化来的。另一方面，科学家利用DNA分析，认为鲸鱼是从一组动物进化而来的，这些动物包括河马、骆驼和猪。最近，在巴基斯坦发现了大约5000万年前的鲸鱼骨骼化石，但这一发现并没有解决进化上的争论，反而加深了谜团，因为这些化石并不支持上述任何一种理论，这个谜至今尚未揭开。
在新生代，海洋哺乳动物之所以能成功地占领海洋，是因为海洋中有大量的食物资源。中生代的幸存者因为竞争对手的灭绝而在海洋中大量繁殖。光合浮游生物，如硅藻、腰鞭毛虫、颗石鞭毛藻等快速繁殖起来，随后带动了食草类、滤食类和食腐动物的繁荣。海洋中并没有新的种群出现，但甲壳类、放射虫类、贝类、珊瑚、苔藓虫类、海胆、海星和有孔虫类大量繁殖。一种大型的硬币状的有孔虫的繁殖数量如此之多，以至于它们的碳酸钙外壳在海底累积，形成了厚厚的沉积层。年复一年，富含有孔虫外壳的沉积层硬化形成石灰岩，并在一次重要的造山运动中冲出了地面。后来，古埃及人认识到了这种富含有孔虫外壳的石灰岩的美丽和实用性，就将它们开采出来，用以建造金字塔和神秘的狮身人面像。
新生代时期，腕足类动物的数量下降，只有有限的物种经受住了时间的考验。相反，软体动物则在新生代的海洋中繁盛起来，成为地球上数量最多、种类最具多样性的生物之一。随着软体动物的多样化，它们形成了许多美丽、精致、色彩鲜艳的贝壳。扇贝、蚌、牡蛎、蜗牛、乌贼、章鱼和贻贝开始了对海洋微妙的统治。这时，珊瑚再次成为礁石的主要制造者，而苔藓虫虽然还有，但退居次席。海底海百合的领地消失了，海百合退隐成为一种有点隐秘的存在于海底的角落和缝隙中的一种生物。硬骨鱼类的数量暴增，以前所未有之势遍布海洋。鲈鱼、笛鲷、海马、旗鱼、鳋、剑鱼、金枪鱼和各种各样的鱼类数量众多。软骨鱼类，如鲨鱼和鳐同样繁盛。已经发现了大如人类手掌的鲨鱼牙齿，经测年证明来自于新生代早期。根据牙齿的庞大尺寸，科学家估计这种叫做Carcharodon megaloden的鲨鱼能长到12米长（39英尺），大小是它的现代种类——大白鲨的两倍。海龟、鳄鱼和海鸟也出现在早期的新生代海洋中。
但不久后，地球的环境再次发生改变。巨大的造山运动开始出现，并发生了一系列导致地球长期寒冷的事件。北美板块向西飘移，与太平洋板块相撞，使得北美大陆的边缘受到挤压而抬升，曾经位于海底的沉积物上升、堆积而形成了落基山脉。印度板块慢慢地挤进亚洲大陆，形成了高大的喜马拉雅山脉。在这里，印度板块和亚洲板块的碰撞范围绵延2900公里，高山抬升到海平面上8854米处。喜马拉雅山成为陆地上的世界第一高山，而且，由于板块的汇聚还在继续，喜马拉雅山将仍以每年1厘米的速率抬升。阿尔卑斯山和比利牛斯山也形成于新生代早期。曾经位于海底的生物和沉积物抬升形成了山峰和沟谷。风和雨洗荡着新的山崖，新露出来的富含有机质的浅海沉积物在风化作用下，释放出二氧化碳，进入大气层，引起气候变暖。因为风和雨的侵蚀，山坡上的沉积物消失殆尽，暴露出地壳深处的岩石。这些岩石由于成分上的原因，不可能向大气层释放二氧化碳；相反，它们就像在陆地上以令人难以置信的密度生长的植被所做的那样，反而吸收了大量的二氧化碳。大气中的二氧化碳的浓度下降，全球气候开始变冷。不同纬度的温度差异增大了：极地地区变得更加寒冷；热带地区虽然变凉，但仍相对较暖。
海洋中，水温也开始下降，不同纬度之间的温度差别加强了水流循环。产生二氧化硅的浮游生物，例如硅藻和放射虫类，在寒冷的中低纬度地区繁衍。大约3800万年前新生代的中期，海洋中发生了一次事件，强烈地改变了海洋环境，标志着地球气候的一次重大改变。这时，深海中的海水寒冷刺骨。从深海有孔虫的外壳获取的证据表明，这时海底的水温下降到了4℃~5℃。
生物的外壳难道是古代的温度计吗？科学家已经发展出一种巧妙的技术，可以利用有孔虫外壳中的氧同位素的组成来计算古代海洋的温度。氧有两种稳定的同位素，氧16和氧18。在海洋生物的碳酸钙外壳中，这两种同位素的比例依赖于海水环境中的同位素组成以及生物生长时海水的温度。在海水中，氧向位素的比例受到两种条件强有力的控制，即海水的温度以及地球上是否存在大量的冰。有孔虫外壳的氧同位素的组成可以用一种叫质谱仪的仪器测量出来。然后，根据外壳中氧同位素的比例和对有孔虫生长时海水的组成的估计，科学家就能计算出古代海洋的近似水温。氧同位素法，尤其是利用深海岩心的有孔虫外壳，已经成为研究古代海洋温度、海平面的变迁和地球以往的冰期历史的最重要的方法一。
大约3800万年前，臣量的冷水涌入深梅。许多生活在海底或接近海底的生物因为突如其来的水温改变而死亡。强壮的种类和那些能迁移到温水环境中的种类活了下采。但是，这股冷水来自何处呢？
大约在深海海水变冷的同时，南极洲周围的环境变得严寒刺骨。澳洲大陆已经移向北面，来自南印度洋和太平洋的冷水开始流进南极洲的一个小小的港湾——罗斯海，引发了第一次大规模的海冰的形成。在海冰形成时，淡水首先被冻结，盐分被排除，使得周围海水的盐度变高，盐度高的冷水因为密度高而沉入到周围密度低的海水下。因此，南极洲周围海冰的形成，导致了一系列的海水沉降，盐度高、密度大的冷水沉入海洋深处，使深海的海水变得冰冷。随之，顶层温暖而底部寒冷的海洋就变成了标准，受温度和盐度的变化驱动的海流模式开始出现。
大约2000万年前，地球还在发生着变化。非洲大陆的一条缝隙慢慢扩大，形成了狭长的红海，使得沙特阿拉伯向北移动靠向亚洲大陆，封闭了古地中海水道的遗留部分。古地中海剩余的部分成了一个几乎封闭的海洋——现代地中海。这样，发生在赤道周围的暖水的全球输运永久地停止了。从这时开始，赤道的暖水循环仅能在各自的海盆中发生。南方，南美大陆已经与南极洲分离，形成了现在的德雷克通道，在南极洲周围形成了一条真正的环极地洋流，随后南半球的海洋洋流发生了彻底重组。在南半球的高纬度地区形成了一个繁荣生长的区域；来自新西兰的化石表明，大约这个时候，有大量的鲸鱼和企鹅生活在这个地区。
海洋、大陆和大气几乎已经具备了它们现代的模样。北大西洋正在扩张，格陵兰岛也已经从欧洲分离出去。将北大西洋和挪威海分开的冰岛山脊开始平静下来，并最终沉入海底。在北部的高纬度地区形成高密度的冷水向南流动，与北大西洋的海水混合，最终沉降入深海，表面温暖的海水开始沿着北大西洋的西边向北流动，形成了湾流。这时，大气中大约有21%的氧气，78%的氮气和少于1%的二氧化碳及其他气体。
北半球发生的变化以及南半球由于一条全球循环的洋流把南极洲孤立起来，使南极洲及其周围地区出现了大规模的冰盖。深色的地球表面，例如海洋，通过吸收大部分的光能而变得暖和；而那些被冰雪覆盖的浅色地区，有效地反射了太阳的能量而保持寒冷。冰盖覆盖面的增加提高了地球的反射效率，使地球进一步变冷。海洋中形成了一个新的洋流和温度的分配模式。从海水表层到深海，从高纬度的极地到低纬度的赤道，都存在温度上的差异性。海洋生物对温度梯度产生反应，并慢慢形成新的生物地质分布区。温水物种向海洋表面和赤道迁移，而冷水性动植物则移向极地和深海。南极洲冰盖的形成对地球有着深远的影响，它阻止了2000万年前地球气候的变暖。
随着全球性寒冷的来临，气候也变得干燥了。广阔的热带大草原和林地开始取代热带森林。食草动物发生进化，以便利用起不断增长着的可食性植被资源；灵长类出现，它们的家族将演化出人类。风速开始提高，而沿着海岸，海洋深层的冷水不断上涌，给海洋表面带来了丰富的营养物质。因此，光合浮游生物繁生，浮游动物增加，鱼类也繁殖起来，整个食物链都是欣欣向荣的景象。湾流变得更加强大，它将暖水推向北面，海水被冷却后从海底返回南方。南极洲的冰川固定了大量的水，导致了海平面大幅下降。
大约600万年前，变冷的过程和冰盖的产生使海平面下降了大约40米（130英尺）。地中海与大西洋分离，海水不再进入，使得地中海成为一系列大的内陆湖，因为沿着赤道分布，湖水被热带的阳光和热量烤晒着。随着水分的蒸发，地中海的盐度变得越来越高，就像现代的大盐湖一样。采自地中海海底深处的沉积物和岩心中，含有海水蒸发形成的矿物质的厚层，如石膏、岩盐及其他盐类，这说明地中海曾周期性地干涸，后来又重新充满海水。地中海的周期性干涸对海洋也有重要的影响，它降低了海水的盐度，使海冰可以在稍微高一点的温度下形成。越来越多海冰的形成又增加了地球表面的反射能力，使得气候更加寒冷。后来，不知何故，全球性的寒冷暂时停止了，地球又开始温暖起来。海平面上升，海水开始涌入地中海，形成了自然界最壮观的奇迹之一。海水从直布罗陀海峡汹涌而入，遇到了从入口的顶部到地中海海盆的底部将近2000米的落差，形成了一条，或者是一系列壮观的瀑布；海水以几千倍于尼亚加拉大瀑布的力量流入地中海。到500万年前，地中海再一次被充满。
这时，在南半球有着广阔的冰盖，而北半球却没有。但是，大约400万年前，阿拉斯加与东西伯利亚相连，关闭了北冰洋海盆，北冰洋里开始形成大量的冰块。这时，人类的祖先——用两条腿直立行走的灵长类动物，开始出现在非洲大陆上。现在还没有完全搞清楚，为什么北半球冰的形成花了那么长的时间。有人认为，这与南北美大陆之间的中美地峡的最终关闭有关。
大约300万年前，加勒比海巨大的板块运动导致巴拿马地峡抬升，关闭了南北美大陆之间的通道。因此，湾流加强了，更多的暖水流向北方，高纬度地区的降雨也显著增加。连接南北美的陆地造成的障碍也阻止了海洋物种在太平洋与大西洋之间的迁移。随着各个海盆变得越来越独立，海洋开始演化出各自不同的生物区系。因为太平洋比大西洋更古老，所以它拥有更丰富多彩的生物物种。
从那时起，随着地球在广泛的冰期寒冷和间冰期的温暖间循环，地球的气候将发生一起一伏的交替。在严寒的冰期里，空气和水体的温度寒冷，广阔的陆地地区被厚厚的冰雪覆盖着，海平面下降。岩石的遗迹和摩擦痕迹表明，北半球的大部分地区经常覆盖着冰块。在冰期的鼎盛时期，全球的气温比现的气温要低5℃（9°F），2公里厚的冰层覆盖着1/3的地球表面，世界上有一半的海洋被冰山覆盖。随着海平面的急剧下降，更多的陆地暴露出来，海岸线向海洋推进了16公里。河流沿着暴露出来的陆地边缘，冲蚀出深深的河谷和峡谷，热带地区收缩到几乎接近赤道。海洋和陆地上的生物都迁移到了足够温暖的地区。
在间冰期，空气和海洋是温暖的，冰雪融化，海平面上升，海洋开始扩张。陆地被海水淹没，海岸线向内陆推移，河口充满了沉积物，冰川开始退却。陆地上冰盖的溶解使得陆地明显地反弹了：冰川巨大的重量压迫着地壳，当冰消融后，地壳慢慢地回升。目前，北半球曾经被冰川所覆盖的地区仍然以每年几厘米的速率抬升着。因为大气和海洋温度的上升，喜温的海洋和陆地生物向南北半球的高纬度地区扩散。热带地区扩张，寒冷的地区变小了。珊瑚礁繁衍着，沉积了厚厚的石灰岩。大约125000年前在一个温暖而高海面的时期，佛罗里达的正南面形成了一个长长的、月牙形的珊瑚礁。后来，在下一个冰期里海平面下降后，这一向西弯曲的珊瑚礁就形成了一系列的岛屿，现在称为佛罗里达暗礁。
在新生代后期，全球的温度经历了30次主要的波动以及次数更多的微小的变化。地球上的洋流、海平面、气候和生物的分布都随着全球的冰期变化而起伏。
最近，一个研究小组模拟了大约18000年前，冰川最后一次覆盖陆地时的全球气候。他们使用了所有可用的数据，包括来自冰芯及深海沉积物岩芯的数据，有孔虫外壳的氧同位素比率和计算机模拟技术。从他们的结果中可以看出：厚厚的冰盖覆盖了北半球的大部分地区，并一直扩展到南极洲附近，海平面比现在低了将近85米（大约275英尺），许多的森林变成了草地和沙漠；海洋普遍比现在冷，可能低2℃~3℃，洋流比温暖时期的强大。
几十年来，科学家们都试图解释新生代即将结束时地球气候的上下反复。目前，最为广泛接受的理论是天文学家米兰科维奇提出的。他推测，地球轨道和旋转的变化可能导致，地球所接收的阳光的总量发生周期性的变化，结果使新生代的温度产生波动。其他的一些因素，如大陆和洋流的结构改变、造山运动、地球反射率的变化以及大气中的二氧化碳含量，也被认为在控制地球的气候改变中起了一定的作用。
在最后一次冰期结束时，大约15000年前，随着气候变暖，地球从冰封中苏醒过来。海洋的温度在增加，海平面也以每年8毫米的速率上升着。海洋中的环流逐渐减慢，喜温生物又开始扩展它们的领地。大约5000年前，海平面的上升速率减慢到了每年1~2毫米，地球气候继续变暖。到了本世纪，地球的变暖还在继续——有人还会说，气候正以一种不正常的速率变暖着。大气中仍然包含21%的氧气和78%的氮气，但二氧化碳的量增加着，使地球的温度增高。目前，最严重的环境争议之一就是全球变暖，这也可能是人类对地球最具戏剧性的影响。1998年是有史以来最温暖的一年；有人认为，创记录的温暖导致了1997年灾难性的厄尔尼诺现象和1998年严重的飓风季节。地球还会继续变暖吗？海平面还会继续上升吗？或者像从前一样，现在的温暖还会转变到寒冷，地球还会再次被抛进严寒吗？时间将说明一切。
在这个故事结束时，地球和海洋仍在发生着变化。板块运动继续移动着大陆，抬升着山脉，扩大或缩小着海盆。大西洋还在扩展，而伟大的世界大洋“泛古洋”的遗迹——太平洋却在缩小；地中海正在变小，而一条新的裂缝已经撕开非洲大陆，并将形成一个新的海盆。火山仍在陆地上和海底喷发着，岛屿形成，又被侵蚀着。诞生了几百万年的各种各样的海洋生物仍在海洋中繁衍着。一些产生于古生代的生物在海洋中繁殖起来，而另一些则在过去的几百万年中消失了。人类的影响可能改变生物的进化路线。污染、过度捕捞、外来物种的引进、毁灭性的捕捞技术、海岸发展以及其他的一些人类活动，威胁着海洋和海洋生命的健康和生存。那些过去曾经经历了几次大灾难事件而生存下来的生物，可能会因为人类的放任和疏忽而很快在地球上失去踪影。地球上生命的进程，似乎是一系列长时间渐进的演化和间隔的快速的大灭绝事件构成的。下一次生物大灾难是否将由人类促成，而不是小行星和陨石的撞击呢？
