地球早期生命环境的演化地球早期生命环境的演化关键词: 早期生命 天体撞击 全球大冰期 摘要:地质记录告诉我们,在地球约46亿年的整个历史中经历了无数次大大小小的劫难,其中在地球生命处于起源和早期演化阶段的前寒武纪,首先是 “狂轰滥炸” 早期生命的环境地球早期生命环境的演化地球早期生命环境的演化关键词:早期生命 天体撞击 全球大冰期 摘要:地质记录告诉我们,在地球约46亿年的整个历史中经历了无数次大大小小的劫难,其中在地球生命处于起源和早期演化阶段的前寒武纪,首先是 “狂轰滥炸” 已知地球形成于约46 亿年前 ,它的幼年是不解之谜最多的 时期 ,其地质纪录不但非常模糊 ,而且还大多被几十亿年的 板块构造作用和侵蚀作用所消除。然而 ,地球历史最初的10 亿年中 ,早期的生命扰动可能就已存在 ,有机分子系统可能 已经在自我复制 ,并从化学反应和太阳辐射中获得能量。美 国哈佛大学地球化学家 Heinrich Holland[1]通过对阿基 (AkiliaIsland) 条带状铁质岩组 (Banded Iron ormations,简称BIFS) 13C值测定,甚至认为地球生 命的存在超过 38. 而且还被结晶作用破坏,许多研究生命起源的学者们转而求 助于地质学。希望弄清地球最初有生物居住时其表面及大气 的状况。为了揭示最初的生命是什么样子 ,人们运用了各种 技术手段 ,想从长期找不到化石的古太古代岩石中索取更多 的与生命有关的信息。并在实验室里努力探索早期生命可能 相似的化学反应过程或根据现代生物的基因去推理其遗传 性质。尽管如此 ,地质学研究仍然离不开各种丰富的想象力 甚至包括拔着自己头发升空的假说。结合现代天文学研究的成果 ,目前地质学界普遍接受的看法是 ,地球形成后最初的 是可能在地球以外的某个温和的世界,由彗星捎带到地球上 来的。狂轰滥炸般的天体撞击停止后 ,地球可能又会遇到新 的磨难。年轻的太阳虚弱而冷漠 ,使地球长期徘徊于冰封 准冰封状态,像个 ―雪球‖ 。此外 ,氧气开始在大气圈泛滥 一方面加剧了地球的冻结,另一方面也威胁着厌氧的最初生 命。目前流行的看法认为 ,地球早期生命经历的最主要的两 大磨难就是 ―狂轰滥炸 (HeavyBombardment)‖ ―雪球(Snowball Earth)‖,其中可能分别包含若干个百万年的间歇 经或正在被地球化学、岩石学、 地层学及古生物学研究陆 续发现。显然 ,生命在所有这些劫难中存活下来 ,不但得以 演化发展 ,而且还改造了自身所处的环境。2. Sleep和国家 航空航天局 (NASA) 阿莫斯研究中心的行星物理学家 Zahnle[2]认为 ,在距今46亿~38亿年期间 ,尤其是 最初的5亿年 ,太阳系形成时离散的岩石体及其它物质 小行星及彗星)不断地撞击着地球和其他行星。这些撞击中 至少有一次是极其巨大的 ,撞击体可能有火星那么大 ,甚至 更大。这次大撞击可能发生在地球形成后的 亿年内,撞击 甩出的一大块或一大堆物质最终形成了月球。今天 ,我们仍 可从月球及许多行星表面密集分布的由这类撞击造成的巨 大环形山 ,想象这场持续约 亿年之久的狂轰滥炸的规模和后果。此后 ,来自地球本身岩石圈内和彗星撞击带来的水汇 聚成了遍布地球的海洋 ,为生命提供了摇篮 (最近 ,全世界 各大天文台站都观测到木星轨道附近的利内亚尔彗星在接 近太阳时化为水蒸气的过程 ,计算证明它几乎全由冰雪团块 组成 ,含水量多过33 kg。NASA的专家JohnMumma 为如它撞向地球,将在大气层上部解体 ,释放出大量的水和 未受伤的有机分子) 。他们还指出 ,我们现在仍可看到月球 上被称为 000km 宽的盆地就是天体撞击的证 明。40 亿~38 亿年前这段时间 ,地球作为一个比月球更大 的靶子 ,而且又有更强的引力 ,可能会遭受数以百计的较大 规模撞击。其中可能有几次是由直径约500 km的天体所为 足以产生蒸发全球海洋2700 ,毁灭地表及近地表地下全部生命的超高温大气圈。尽管环境严酷 ,但最初的简单生 物大多能在这场狂轰滥炸停止后的几亿年就又浮现出来。最 早可识别的化石出现于南非 Onverwacht FigTree 西澳大利亚Warrawoona 群及Apex 玄武岩组的燧石 ,它们都是丝状的微生物化石,同位素年龄 35 亿~32 (与生命有关的同位素遗迹则可能上溯到38. Maher和David ]认为,生命可能起源于更 早的毁灭性大撞击的间歇期 ,只是后来又被下一次大撞击所 ImpactFrustra2tion)‖ 。既使在大规模毁灭性的撞击结束后 ,较小的 撞击可能仍持续到 38 亿年前 ,Sleep Zahnle[2]强调 任何幸存的生命也许只适于生活在地壳深处,那里的温度相 ,这也许可用来解释为什么被认为是今天所有生命祖先的微生物 ,它们的基因大多普遍能耐高温 ,有的至今仍活跃 在温度达113 ,严酷的―狂轰滥炸‖ 和微生物的出现是相匹配的 ,暗示 着另一种可能:地球是被来自别处 (很可能是火星) 的生命播 下了种子。计算显示 ,因大撞击而从火星飞溅出的岩石可能 早已落到了地球上。它们足以将火星微生物 (也许是岩石包 裹的孢子) ,在死于严酷的太空旅行之前快速输送到地球。 Sleep Zahnle[2]还认为 ,那时的火星具备比地球更有利 于生命的环境。它是一个比地球小的靶子 ,而且吸行小行星 的引力也较小。所以毁灭性大撞击的几率较地球低。火星也 许没有海洋 ,或仅有小而浅的海洋 ,所以一次约 500 km 径的天体撞击产生的水蒸气,仅几十年内就可凝结成液态 火星内部温度相对不高,允许微生物钻入这个星球内的更深 ,远离被撞击烧焦的表面。火星生命的存在及登陆地球的可能性正再度引人关注。