节日快乐。本周，我们将重印2020年的头条新闻。本文首次发表于2020年6月的《能源》网络版。
D贝拉，克洛伊和大卫，
我要模仿拉迪亚德·吉卜林给你们讲一个普通的故事。100年前，吉卜林是世界上最受欢迎的作家之一。他写了《丛林故事》．也这样的故事开始时，他给女儿约瑟芬讲睡前故事。它们是关于动物如何形成自己著名的特征的，比如骆驼的驼峰和豹的斑点。吉卜林是一位出色的作家，但他的动物故事都是自己编的。我的故事是基于科学的，这意味着许多人，通过最近的许多实验，得出结论，事情可能就是这样的。
这也是一个关于进化的故事，进化是大自然的研究和发展部门。和吉卜林一样，我也在某些事情上发出了人类的声音:细菌组成委员会，向研发部门请愿，寻求问题的答案，植物和恐龙也是如此。研发部门(也就是进化部门)试图想出解决方案。我要称进化论为“研发先生”。当他发现一个问题时，R&D先生会用不同的方法进行测试，并提出解决方案。但有时这些解决方案会产生无法预料的后果。所以我们开始吧!
鸟类的肺怎么这么好?它们是从恐龙那里继承来的。但是为什么恐龙会有呢?
很久以前，在一月的一个寒冷的日子里，我在伦敦的摄政公园慢跑，小心翼翼地走过围着划船湖的鹅群、海鸥、鸽子和鸭子。但是，也许是因为我刚刚读的那本书(尼克·莱恩的)氧气)我的眼睛在这群鹅中认出了一对陌生的鹅:斑头雁，一男一女。
但是一月份他们在伦敦做什么?冬天，它们通常生活在印度中部，夏天则生活在哈萨克斯坦或蒙古。如果你看一幅地球地图，你可以看到哈萨克斯坦和印度之间的屏障是喜马拉雅山脉，世界上最高的山脉。每年都有数百万只斑头雁越过喜马拉雅山脉迁徙，并且已经这样做了数百万年。人们看到它们在28000英尺的高空飞行。他们飞过了珠穆朗玛峰!他们是怎么做到的?
答案似乎是斑头雁，像所有鸟类——蜂鸟、鸵鸟、鸽子——一样，拥有超高效的肺。它使我们的肺——以及所有哺乳动物的肺——看起来很原始。我相信当鸟儿们聚在一起的时候，一定会八卦我们的肺有多可怜!
所有哺乳动物，包括我们，都是通过同一个开口吸气和呼气。你能想象如果我们的消化系统也是这样运作的吗?如果我们把食物放进嘴里，经过消化后，以同样的方式流出来呢?这是想都不敢想的!幸运的是，对于消化，我们有一个单独的输入和输出。这就是鸟类的肺:一个内点和一个外点。它们的骨头中也有气囊和空腔。当他们吸气时，一半的好空气(含氧气)进入这些中空的空间，另一半通过后面的入口进入他们的肺。当它们呼出时，储存在中空位置的好空气也会从后面的入口进入它们的肺部，而坏空气(二氧化碳和水蒸气)则会从前面的出口排出。所以不管鸟类是吸气还是呼气:好的空气总是通过肺部朝一个方向流动，把所有的坏空气都赶在前面。
鸟类的肺怎么这么好?它们是从恐龙那里继承来的。鸟类是恐龙!当我在20世纪40年代长大的时候，生物学中有一个类别叫“鸟”，意思是鸟类。但是科学家们现在已经把鸟类归为一类叫做恐龙，而那些恐龙，像鸽子、海鸥和鹅，今天就在我们周围飞行。如果你想知道恐龙是什么味道，那就吃点鸡肉吧!
陆地上的植物必须像苔藓一样喜欢粘在岩石表面。但他们显然对此不满。
恐龙有这个超级高效的肺系统，它们作为优势物种成功地在地球上行走，从大约2.5亿年前开始到大约6500万年前，当时一颗巨大的小行星撞击了墨西哥，它们中的大多数都灭绝了。除了鸟类。但恐龙为什么会有这种超级肺系统呢?
要回答这个问题，我们必须追溯到很久以前，植物从海洋来到陆地的时候，大约4.5亿年前。在此之前，植物只生活在海洋中:地球表面是一片沙漠。
看到一个机会，一些先锋植物在一起说，“让我们走吧！”并迁移到土地上。但是，一旦植物离开了水，他们发现了他们从未在海洋中处理的东西：重力。在海洋中，如果你是一个植物，你只能漂浮，因为植物的密度与水不同。在海外，植物的密度远大于空气，因此引力可以将其拉下来。
所以在数千万年的时间里，陆地上的植物不得不像苔藓一样依附在岩石表面。但他们显然对此不满，并决定成立一个委员会，向R&D先生申请豁免。
研发先生:你好。你的问题是什么?
个人电脑我们的问题是重力。我们在海洋里从来不用处理这个问题，在陆地上这对我们来说是个问题。
研发先生为什么重力对你来说是个问题?
个人电脑我们想要做我们在海洋里做的事情，那就是吸收大量的阳光，最好的方法是有一个很长的茎，然后在树枝的末端有叶子，最大限度地利用我们吸收阳光的潜力。
研发先生我明白你的意思，但这需要一些时间。一百万年后再回来。
这些植物无所事事了一百万年。
个人电脑：好的，一百万年来了！你设法发现了什么吗？
研发先生是的，让我看看，我想我在抽屉里。这就是木质素。
个人电脑木质素是什么?
研发先生它是由碳和氢组成的刚性分子。如果你把它吸收到你身体的细胞中，它会和你已经有的松软的纤维素分子相互作用，这将创造一个非常坚固的结构，让你的细胞变得像砖头一样。然后你可以把一个单元格堆叠到另一个单元格上，你想要多高就可以多高。
个人电脑:多高?
研发先生:超过300英尺。
个人电脑:哇!
于是，植物高兴地吞下了木质素，果然，它的作用正如R&D先生所说的那样，不一会儿，茎秆、树干、树枝、根、叶子就开始在地球上冒出来了。
唯一的问题是，当这些树的自然生命结束时，细菌和真菌孢子准备分解它，磨刀。但当它们到达木质素时，它们的刀子卡住了:它们无法消化木质素。正是这种物质使木质素变得强大，打败了当时的细菌和真菌。所以，它们做了我们吃鸡肉晚餐时所做的事:它们吃光了所有的肉，留下了骨头，也就是木质素。
最终另一棵树死了，倒在了第一棵树的上面，然后同样的事情又发生了一次，然后又发生了一次又一次，就这样持续了几十万年，几百万年，几千万年。最后，超过1亿年的枯树、蕨类植物和未消化的木质素沉积在地球表面下。我们把这些发生的大部分时间称为石炭纪(产生碳)时代。
还记得进化有时会有不可预见的后果吗?木质素的沉淀在大气中产生了氧气激增。因为对于进入地球的每一个碳氢原子，一个氧原子不会在衰变过程中被消耗掉。大量的碳(木质素)进入地球，所以大量的氧气在大气中积累。今天，氧气占大气的21%。但大约3亿年前，氧气的含量远远超过30%。那里有如此多的氧气，以至于呼吸效率低下的昆虫能够变得巨大。蜻蜓的翼展有三英尺，千足虫有八英尺长。蛙类等两栖动物的肺功能也很弱，它们能长到饭桌那么大。
当时的微生物最终意识到了氧气的激增。昆虫和两栖动物似乎并不在意，因为它们依赖于丰富的氧气来源。因此，现在忧心忡忡的微生物组织了他们的委员会(MC)，去见研发先生。
研发先生您好，我能为您做些什么?
MC我们认为这是一个危险的情况发展，因为含氧量每年都在上升，现在可能达到35%。
研发先生:所以呢?
MC：用顽固的木质素，没有什么可以让它继续上升。
研发先生:我明白你的意思，因为在百分之四十三的时候，雷击会导致整个大气燃烧，因为大气中的可燃氧含量很高。地球上所有的生命实验都将结束。是的，我同意我们得做点什么。给我一百万年，我会看看我能做什么。
一百万年以来，氧气浓度一直在上升。更令人担忧的微生物又回到了研发先生身上。
研发先生坏消息是我没有任何物质上的东西给你。但我可以给你一个公案。
MC:那是什么?
研发先生：一个koan是你可以想到的东西，这将有助于你的情况。这是：“收到你必须先给予。”
MC这是什么意思?
研发先生当前位置我能告诉你的只有:想一想，你的问题就会迎刃而解。
所以微生物离开了，并在一万年左右的时间里争论这意味着什么。最后，有一个天才的真菌细胞会在半夜醒来，然后想:“我找到了!”在木质素发明以来的一亿年里，他们一直在尝试咀嚼它，但他们根本没有能力这么做:它太硬了，而他们又太软了。
但是多亏了这个艾萨克·牛顿的蘑菇孢子，他们意识到他们必须做什么。他们必须释放一种特殊的化学酶来溶解木质素，并在外部将其分解成更小的碎片。所以他们发明了干腐病。
衰变过程将氧气从大气中抽出，并与碳氢化合物结合，释放出二氧化碳(CO2)和水(H2o）因此。当我们消化食物（中等氧化）时，木材烧伤（非常快速氧化）以及有机材料衰减时（缓慢氧化），这就是发生的事情。
一旦了解了如何氧化木质素的秘密，真菌孢子和细菌就开始分解所有还没有变成化石的枯木，在这个过程中耗尽氧气，因此大气中的氧气水平开始迅速下降。它从石炭纪(3亿年前)的30%以上上升到二叠纪末期(2.5亿年前)的12%左右。这对地球上的大多数生命来说是个坏消息，因为它们已经对这种异常高的氧气水平上瘾了。地球上95%的生命都死于如此低氧的大气层。这是地球生命历史上最大的灭绝事件。
幸存下来的百分之五的生命形式中，有一些进入了R&D先生的手中，他们用剩下的呼吸说，“我们需要帮助才能靠这么少量的氧气生存。”
多亏了艾萨克·牛顿对蘑菇孢子的研究，他们意识到必须释放一种特殊的酶。
500万年后，也就是设计这个非常复杂的东西所花的时间，R&D先生想出了一个有入口和出口的肺系统，有中空的骨头和气囊来暂时储存含氧空气。与以前的任何肺系统相比，它都是超级高效的，并最大限度地利用了有限的氧气。收到R&D先生这个礼物的动物是恐龙。
它们的新肺非常高效，以至于在接下来的数千万年里，当氧气水平缓慢回升到20%时，恐龙就能变得非常大——比大象等陆地哺乳动物的肺都大。许多恐龙超高效的肺可以将氧气输送到它们庞大身体的每一个部位。中空的骨骼有助于减轻他们的体重。当鸟类从恐龙进化而来的时候，它们能够很好地利用这个超级高效的肺系统。这就是为什么恐龙能长得这么大，为什么斑头雁能飞越喜马拉雅山!
最后。
否则就该结束了。但是我们还要介绍一个角色，那就是VCP先生(非常聪明的灵长类动物)。大约400年前，VCP先生发现他可以在地球表面下挖掘并提取木质素化石，这些木质素已经变成了煤，然后将其燃烧，释放出它最初沉积时所储存的能量。这使得VCP先生的文明和人口以惊人的速度增长。这曾经是一个快乐的成功故事。现在，它已经开始成为一个大问题。
我们今天所使用的化石燃料——煤、石油、天然气——有90%都是在泥盆纪、石炭纪和二叠纪沉积下来的。所有的碳氢化合物现在都被释放到大气中。
因此，VCP先生的整个文明是基于燃烧的化石燃料，这是木质素结构中古代的结果，并且微生物 - 细菌和真菌的无能为力，遥远的过去将其分解。这是一个“全球消化不良这就给我们带来了一个大问题。通过燃烧这些化石燃料，VCP先生向大气中释放二氧化碳的速度比最初沉积二氧化碳的速度快50万倍。这导致地球的大气层迅速升温，很快就会对VCP先生造成损害，也许是致命的，除非他的文明找到解决办法。
贝拉，克洛伊和大卫，这就是我们现在的处境。
我想你知道VCP先生就是我们。也许如果我们没有开始燃烧化石燃料，文明就会沿着400年前莎士比亚时代的道路继续前进。那时，全世界都在使用太阳能——只是短期储存的太阳能:储存在我们用来做面包的谷物中，或者储存在马吃的干草中，以提供真正的马力。有时能量根本不会储存起来——我们只是享受太阳的热量，把蔬菜和肉晒干储存起来;或者是风吹着航行在世界海洋上的船只的帆;或是雨水落下，使水车转动，磨我们的粮食。太阳能储存时间最长的是树木中的木材(木质素!)，我们砍伐树木，用作燃料或制造木炭，供铁匠锻造钢铁。这些树最多有150到200年的历史。
对于这个问题，我们现在能做些什么呢?首先，我们所有人都需要认识到这确实是个问题，并希望说服位高权重的人对此做些什么。困难的是，大多数老年人在成长过程中都认为石油、煤炭和天然气是伟大的，很难教老狗学新把戏。你还年轻，你能比老年人更清楚地看到情况。
现在有许多很好的替代燃烧化石碳氢化合物的方法。风车。太阳能电池板。潮汐能。甚至是一些安全的核能，比如钍反应堆。科学家们还在研究一些发明，这些发明可以将大气中多余的二氧化碳直接提取出来，并将其转化为石灰石(用来建造东西:埃及金字塔就是用石灰石做的)，甚至将其转化为燃料。但这些发明需要迅速扩大规模。它们有点像20世纪20年代的火箭。但在40年里，人类已经乘坐火箭登上了月球!
地球即将迎来另一个冰河时代＊——波士顿、芝加哥、巴黎和许多其他地方都结了两英里厚的冰。但现在不会发生了。大气中的二氧化碳层已经太厚了。我们需要像对待我们的身体一样对待地球。我们保持体温在98.6度。如果我们觉得冷，就会燃烧更多的“燃料”(食物)，从而使我们暖和起来。如果我们太热，我们就会出汗，这样就能让我们凉快下来。如果我们聪明，有组织，我们甚至可以把地球变成一个温度可控的星球。如果我们合作，我们可以在很长很长一段时间内维持它。要做到这一点，我们需要一个世界协议，这就是我们要做的，然后我们就能做到。 This is worth working for!
爱你的沃尔特爷爷在伦敦
Walter Murch已经在电影行业工作了50多年，担任过编辑、音效设计师、编剧和导演。他为弗朗西斯·科波拉(《教父三部曲》《对话》《现代启示录)和安东尼·明格拉(《英国病人》，《天才雷普利先生》，《冷山》)．他对科学的兴趣可以从他剪辑马克·莱文森的电影中看出来粒子热(2013)，关于寻找希格斯玻色子。
主导图像:Nitin Chandra / Shutterstock
额外阅读
Beerling D。《绿宝石星球:植物如何改变地球历史》牛津大学出版社(2007)。
R. Krulwich，《地球上大多数煤的奇异起源》国家地理（2016).
车道,N。氧:构成世界的分子牛津大学出版社(2003)。
病房里,申先生。《Out of Thin Air: Dinosaurs, Birds, and Earth 's Ancient AtmosphereJoseph Henry Press，华盛顿特区(2006)。
沃德，P.D. &基尔施文克，J.《生命的新历史:关于地球上生命起源和进化的重大新发现》布卢姆斯伯里出版社，英国伦敦(2015)。
更正:这篇文章最初说地球将在大约500年后回到另一个冰河时代，这是一个错误的计算。在过去大约11000年的时间里，今天的地球一直处于“间冰期”，即冰河期之间的时期。根据美国地质勘探局的数据，过去四次间冰期持续了大约2万年，“其中最温暖的部分是持续1万至1.5万年的相对稳定时期。”
