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地球早期生命环境的演化   (2)

时间:2016-03-17 11:58 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:钱迈平 点击次数:


  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Onvernacht群、FigTree群、西澳大利亚Warrawoona群及Apex玄武岩组的燧石层中,它们都是丝状的微生物化石,同位素年龄35亿~32亿年(与生命有关的同位素遗迹则可能上溯到38.5亿年之前)美国加利福尼亚技术学院的行星物理学家KevinA.Maher和DavidJ.S
tevenson认为,生命可會旨起源于更早的毁灭性大撞击的间歇其月,只是后来又被下一次大撞击所消除。他们称之为生命的“撞击挫折(ImpactFrustra-tion)”。
  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和Zahnle12强调,任何幸存的生命也许只适于生活在地壳深处,那里的温度相当高,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°C或更高的热泉中。
  Sleep和Zahnle12指出,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和Zahnle121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500km直径的天体撞击产生的水蒸气,仅几十年内就可凝结成液态水,这就可以给地表下的生命一次生存的挣扎机会。此外,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处,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。美国NASA的DonaldD.Bogard和PrattJohnson14研究了1970年代中期以来从南级洲冰盖中收集的一些陨石,其中有5块标本因撞击形成的玻璃内含微气泡,测定发现其气体成分与1976年美国航天探测器“海盗(Viking)在火星上测定的大气成分一致,从而证明它们是来自火星的陨石。此后,HairyY.McSweenJr.15发现1984年收集于南极洲Hills地区FarWestern冰盖的编号ALH84001陨石在氧同位素分布及矿物学特征上与那5块陨石都属于火星上的相同岩组。它重约1.9Kg,同位素年龄(Rb—Sr法,Nd—Sm法及A「Ar法)约45亿年,呈马铃薯大小的淡绿灰色石头。成分以桂酸盐为主,其98%为粗粒状斜方辉石。它的一个长约2mm的切片内生有几个直径约200,um的碳酸盐小球小球及其周围的多环芳烃(PAH)有机化学物浓度最高,表明小球形成时截留了很可能是生物分解的腐殖质。小球富含菱镁矿、菱铁矿及少量碳酸钙和碳酸锰。透射电镜观察发现,其碳酸盐基质中与硫化物细粒共生的磁铁矿晶粒在大小、纯度、形态及晶体结构上,特别是其呈链状排列这一方式上,具有地球上细菌成因的磁铁矿特征。NASA的DavidS.McKay等人16用扫描电镜详查又发现,这些碳酸盐小球含有长40~80^m的卵球状及长达380^m的分节管状体,很象是微生物化石。这些现象说明火星至少在当时可能存在液态水及微生物生命形式。
  总之,现在掌握的资料显示,无论当时的环境如何恶劣,至少在38亿年前的地球上已经存在低等的微生物生态系统。
  2.2“雪球”
  早期地球生命可能还面临着另一种威胁:长时间的深度冻结。天体物理学家们相信,46亿年前地球形成之初当时的太阳光照比现在要弱25%~30%,这足以使地球从两级到赤道的地表水全部冻结,直到20亿年前太阳辐射出足够的热量时为止,美国宾夕法尼亚大学行星气象学家KenCaldeira和JamesF.Kasting就持这种看法。
  然而,地质记录显示,我们不仅看到了约35亿年前清晰的生命迹象,而且地层中还有流水及其侵蚀的痕迹。光合作用的遗迹已在约27亿年前的海相岩石中找到,看来海洋并未被长时间冻结。虽然,被普遍认为是最古老的真核生物实体化石的大型光球疑源类(0.2~6_)产自华北串岭沟组地层,其同位素年龄19亿~18亿年。但最近在澳大利亚西南部皮尔利亚拉沙漠沉积岩钻井样品中却发现了年龄为27亿~25亿年的真核细胞膜特征组分一甾醇。说明至少地球在那时并未陷入长期的深度冻结,生命已相当繁茂和多样化。
  多年来,研究者们在解答“虚弱年幼的太阳”未使地球长期冻结的原因时,认为这要归功于当时的大气圈拥有300~1000倍于今天的二氧化碳含量产生的强烈温室效应。但如此高浓度的二氧化碳大气将会与土壤中的铁结合,在太古代岩石中留下含铁碳酸盐,但这种情况并未发现。后来,美国SETI学院的宇宙化学家CarlSagan和ChristopherChyba181提出另一种解释:大气圈中高浓度的氨气也能支持早期地球的温室效应。但阿莫斯研究中心的宇宙化学家ChristopherMclKy等人却认为,这个论点也存在问题:因为对阳光敏感的氨气需要一层甲烷雾来保护,而这种雾又会将阳光大量地反射回太空,所以会抵消地球上氨气温室所产生的热。然而,Kasting在1997年7月圣地亚哥召开的生命起源研究国际学术讨论会上,从另一个角度提出一种新解释:甲烷也是一种强温室气体,它产生于生命本身。他论证了由古甲烷细菌生产的甲烷量比今天的要高出1000倍。现代池沼、河底及填埋地下的淤泥中生产甲烷的微生物可能就是那些古甲烷细菌的后裔。

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