人类是如何强化生命对能量的追求

在银河系边缘一处不起眼的角落，有一颗蓝绿色的行星正在发生相当重大的变化：它正变得更热、更暗。

地球的能量平衡从未恒定过，但近几十年来，情况明显且迅速地失衡。太阳输入的能量，全球平均每平方米近340瓦，与向太空辐射的热量不再平衡，且这种失衡正在加剧。

地球的能量收支可能暂时波动。例如，太阳周期变化或火山喷发的反射太阳光的微粒，能使地球大气暂时吸收更多或更少热量。但如今地球经历的，由一种生命形式导致的行星能量平衡的快速变化，是前所未有的。

人类产生的温室气体，如今在大气中捕获的热量，比地球原本辐射到太空的热量每平方米多出4瓦以上。这相当于地球5.1亿平方千米表面上的2000万吉瓦，且随着排放增加。如今，地球能量失衡的加剧正在加速。美国国家航空航天局基于卫星的能量收支仪器CERES的测量显示，随着空气污染、云层覆盖和冰盖减少，地球正变得更暗，每秒吸收更多能量。若没有人类，地球将朝着下一个冰河时代降温。

想想这意味着什么：宇宙诞生了我们熟知的普通恒星太阳，约46亿年后，其一颗环绕行星产生了一个非凡的能量系统，其中一个新兴部分如今正有意改变这颗行星的能量平衡。

这个新奇的能量系统是我们的生物osphere，而新兴部分就是我们人类。我们的影响力并非普通生物进化成功的无意识结果，比如数十亿年前蓝藻对大气的偶然改变。我们是一种不同进化力量的产物，它赋予我们新能力：一个能有意识改变孕育我们且我们赖以生存的生物osphere的物种。

地球上生命的故事本质上是能量的故事。自从化学通过创新捕获能量的方式孕育了生物学，生命的进化就由寻找新的能量利用方式驱动。但这种行星规模的发展，预示着生命及其与能量的关系将有新角色，也带来责任和义务的新问题。我们可能成为首个有意支持甚至恢复生物osphere宜居性的物种，也可能因成功导致大规模灭绝，包括我们自己。

那么，一个物种如何能在地质时间的瞬间改变行星的能量平衡呢？

让我们从围绕恒星运行的第三近的岩石星球说起。地球的独特源于其大小、位置、与太阳的距离、地质构造，即喷出化学物质的板块构造，以及保留和循环这些化学物质的大气。据我们所知，大约40亿年前，地质作用在深海热液喷口催生了生物学，那里活跃的化学反应可能产生了自我复制、利用能量的分子系统，即生命。生物osphere作为地质圈的产物出现，反过来又创造新地质。地衣将固体岩石分解为土壤，河流穿过被树根侵蚀的河道，珊瑚虫共同构建石灰石形成环礁。

生命具有地质作用力，因其对能量的利用。能量是连接宇宙万物、驱动所有物理、化学和生物反应的“货币”，其流动通过太阳的核反应，在众多交换中穿过每个活细胞。

对任何生命系统而言，能量是数量和生产力的主要限制因素。生命消耗能量以减少熵，将无序原子排列成有序结构，比如DNA序列可被视为对熵的终极抵制。当然，每当消耗能量减少熵时，局部效应会被宇宙总熵的增加所抵消。秩序的创造必然以热的形式产生无序。

数十亿年间，生命进化，生物体优化了获取不同形式能量的方式。这些能量创新影响环境，有时影响巨大。约24亿年前，蓝藻发展出基于叶绿素的光合作用，其利用阳光和二氧化碳创造有机燃料的能力，使大气中氧气水平大幅提升。氧气取代温室气体甲烷，导致全球变冷，冰盖从两极延伸到热带。氧气还导致上层大气中臭氧层形成，吸收太阳大部分紫外线，为生命登陆创造条件。

随着生命多样化和复杂性增加，其热影响也增大。生物体内的反应改变大气中水蒸气、二氧化碳和甲烷等气体浓度，这些气体捕获热量，使地球比没有生物osphere温室效应时高约30摄氏度。

生物osphere由生物与彼此、物理环境及地球系统形成的复杂相互依存关系构成。以能量、物质、电荷和影响的流动为特征，生物osphere是从深海延伸到大气的生命引擎。

由于所有生命都受能量需求限制，对能量的追求塑造了从最小细胞到最复杂社会的每个生命，驱动进化过程。但当人类祖先开始燃烧地球上的生物物质时，一切都改变了。

大约100万年前，自蓝藻出现以来，生命的能量利用能力迎来最大变革之初，人类学会利用一种新能量源：燃烧。其他动物受限于从生物获取的代谢能量，而火，作为燃料与氧气反应释放的能量爆发，为我们的祖先提供了强大得多的外部能量源。

我们的祖先用火烹饪食物，辅助牙齿、颌骨和肠胃处理坚韧的生食。火让无皮毛的祖先保暖，吓退捕食者，清理狩猎场地。对这种体外能量馈赠的一种进化反应，是大脑体积增大和功能专业化，包括前额叶皮层的发展。因此，人类聪明、善于合作且极具社会性，这些特质使我们在进化中实现显著转变。

正如遗传信息在家族中代代相传，人类通过社会和世代传递包括知识、行为、技术、语言和价值观在内的一系列文化信息。通过相互学习、教导和依赖资源，人类创造出复杂多样的文化，为生活挑战提供日益有效的解决方案。

人类文化进化使我们能比基因更快适应新环境和条件。我们相互合作、相互联系的社会，提高了群体和个体的生存能力，在获取能量和资源方面具有很大优势和效率。

正是这种集体文化，而非个体智力，定义了智人：我们不仅是生物osphere的产物，更是其变革的推动者。我们无需生态位，因为能改变任何环境以适应自己。如此，人类成为地球上数量最多的大型动物，对地球产生巨大影响，改变其生态、景观和能量体系。

这种转变并非一蹴而就。文化复杂性历经数十万年，才发展出如今的技术和社会制度。在95%的时间里，人类受更新世严峻冰河时代的限制。约1.1万年前，地球进入全新世稳定温和气候，大气二氧化碳浓度高于此前数万年。随着冰川消退，种子植物繁茂，人类发展出农耕文化，更高效广泛地获取食物能量。能量和资源增加推动祖先人口增长和贸易网络发展，随着交通、城市和工业的发展，加速了文化多样性和复杂性。

在过去几千年里，人类想出各种方法获取更多能量，无论是从食物生产还是不同的机械、化学或电能来源。人力、畜力、风力、水力、木材等能量改变了我们的环境。其目的通常是改善人类生活，至少是部分人的生活。许多这些能量系统影响巨大，但大多局限于局部，尽管大型动物广泛灭绝。

18世纪，人类开始大规模使用化石燃料中储存的高浓度能量，释放数百万年被锁定的有机碳。随着化石燃料使用增加，产生的气体在大气中累积。最初，工业革命的环境影响与此前人类能源使用的影响一样，主要是局部的，如污染水道和烟雾弥漫的城市地区。但随着人类巨大能量能力的扩张，情况改变了。不仅局部影响增大，经济因新能源的丰富而增长，生活水平提高。我们对能源的渴望产生了真正全球性、广泛分布的影响。

二战后的“大加速”时期，在我们历史上独一无二。全球化人类活动在人口扩张、技术和通信创新、农业和医学进步的推动下爆发。“大加速”体现在大气二氧化碳上升、用水增加、制造业生产增长、臭氧层损耗、森林砍伐、污染和全球GDP增长上，为数十亿人带来寿命和生活条件的改善。我们的影响力从未真正全球性，如今已远远超越局部甚至区域环境，主宰地球整个生物osphere。

我们将生物osphere视为无限大的资源开采和废物排放库。在这方面，我们与其他物种类似：收获资源、生化处理并排出副产品。但有两个主要区别，我们获取能量的能力放大了行为的规模和速度，重要的是，我们如今意识到启动的行星转变。

过去几十年，地球系统监测和建模的进步，让我们了解这种影响及其对生存的威胁。由于我们的活动，地球平均温度比工业化前平均温度高出1.5摄氏度以上已超过一年，且对我们生活产生明显影响。虽然没人有意加热地球，除了普遍的、与生俱来的获取能量的生物驱动力外没有其他目的，但我们对生物osphere的改变如今是有意识的，因此是有目的的。

这使我们与曾经重塑生物osphere的蓝藻截然不同。我们是有目的的行星行动者，这意味着我们必须承担责任，令人兴奋的是，也意味着我们有实现积极改变的潜力。

生物osphere迟早会达到新的平衡，尽管会有一些物种灭绝，无论我们如何剧烈改变它。但我们呢？如果我们和共同进化的物种要生存，我们的文化将不得不经历另一次非凡的进化飞跃。最初进化由个体生存驱动，然后群体生存成为可行策略。现在我们能否为全球生物osphere生存而适应？要做到这一点，我们物种必须接受其引导角色。就像工具可被视为我们生理的延伸，一个有目的调节的生物osphere，我称之为“扩展的生物osphere”，如今也是我们物种的延伸。

扩展的生物osphere体现在我们对最具影响力的生物，即我们自己从工业活动到文化偏好的有意改变，以及生物osphere对我们的适应性反应。从使用燃烧燃料这种高能量密度源转向使用光伏等低能量密度源，就能看到扩展的生物osphere。在我们的外星活动中，这实际上将生物osphere延伸到地球之外。在我们对景观的重新野化以及开发从大气中去除二氧化碳的技术中，也能看到。在人类的大型合作项目中，如各国为解决大气臭氧损耗不顾短期成本、在世界大部分地区禁止捕鲸、将世界海洋的大部分区域宣布为海洋保护区，即保护它们免受人类影响，以及全球人口控制的出现，尽管资源丰富人们仍决定少生孩子，都能看到扩展的生物osphere。

我们可能不会就此止步。为确保生物osphere的宜居性，我们可能对海洋、冰川和大气进行地球工程，以恢复地球的能量平衡。