地球,这个几百万物种赖以生存的家园,如今已经走过了45亿5千万年的漫长岁月。地球最初是什么样子?最早的生命是什么时间诞生的?自古以来,生命的起源,一直是人们关心的问题。科学研究显示,在地球最初诞生的岁月里,整个星球充斥着硫化氢等有毒气体,根本不适合生命生存,而几十亿年后的今天,地球上生机盎然。那么,在近46亿年的时间里,地球环境究竟发生了怎样巨大的变化?生命经历了怎样严酷的挑战?生命的火花又是如何闪现的呢?
科学研究表明,45亿5千万年前,地球在星际云团中诞生。
地球诞生2500万年之后,整个星球开始融化。铁核融化产生的磁场,可以保护我们免受宇宙辐射的伤害。
地球诞生5000万年后,月球在一次灾难性的星际碰撞中诞生。
经过剧烈变化的最初时刻,地球的表面渐渐冷却。地壳开始形成,水在地表蓄积起来。
但是研究显示,早期的地球危机四伏,极不利于生命形式的出现。当时,大气浑浊、汹涌,地球上处处充斥的是二氧化碳和刺鼻的硫化氢。这里没有氧气,连紫外线也是致命的。不仅如此,年轻的太阳也远比现在虚弱,它无力的光线根本无法穿透有毒的大气层。
科学家麦克尔·缪马说,早期的地球并不是伊甸园,它上面没有清澈蔚蓝的大海;没有清洁纯净的水;没有植物,地球上根本没有生命。
地质学家史蒂芬·摩西斯说,在早期的地球上,由于空气浑浊,而且大气的主要成分是二氧化碳,因而天空呈现出淡红色,而不是我们熟悉的蔚蓝色。海洋是橄榄色,而不是我们今天见到的深蓝色。
更可怕的是,在地球诞生最初的6亿年中,地球经常遭到彗星和小行星的猛烈撞击。这些“导弹”的直径最大达到300英里,它们的巨大冲击力产生的高温融化了地壳,蒸发了海洋。(***1)
在高温烘烤和酸雨侵蚀的严酷环境下,生命很难存活下来。但几十亿年后,地球上生机勃勃,植物和动物种类繁多。在几十亿年一系列纷繁复杂的变化中,生命的火花是如何闪现奇迹?又是如何演化的呢?多年来,这些问题一直是科学家们孜孜以求的课题。
为了探寻生命是否能够在早期的地球上存活下来,微生物学家佩妮·波士顿和同事黛安娜·诺特普来到墨西哥南部。据说在这片热带雨林的深处,有一个洞穴内可能留存着最为原始的生命痕迹。因为这个叫库瓦德维拉的洞穴堪称现代人间地狱,洞穴内充满了硫化氢气体,因此洞内的环境与早期的地球环境非常相似。
微生物学家佩妮·波士顿认为,只有在库瓦德维拉这样古老的地方,我们才能找到与早期的地球类似的环境,她希望能从这些环境中找到线索,研究地球的过去。她说,靠近洞穴时,闻到一股类似臭鸡蛋的味道,离洞口越近,味道就越浓。
这种臭鸡蛋味道的气体是硫化氢。为了保障人身安全,佩妮和黛安娜必须戴着防毒面具,因为硫化氢的毒性足以取人性命。
佩妮·波士顿说,这里的硫化氢浓度非常高,如果不戴防毒面具,人类根本没法存活。它会让你失去知觉,使你在短时间内死亡。
一切准备就绪,佩妮和黛安娜进入洞穴,她们很快发现,虽然事先做了严密的防护措施,但这里仍然存在着巨大的风险。原来,硫化氢气体从深邃的火山裂隙中喷出来后,与水发生反应,在洞壁上形成了浓度很高的硫酸。(***2)
尽管条件极其恶劣,但佩妮还是在洞中发现了原始生命的迹象。一些从洞壁上垂下来的液体让她惊喜万分。这是一种粘乎乎的单细胞细菌,科学家形象地称它们“鼻涕菌”。(***3)
佩妮·波士顿说,这些“鼻涕菌”粘乎乎的,滴滴答答地从洞壁上垂下来,就像一串鼻涕。我们相信,这些鼻涕一样的东西可以保护它们不受强酸性物质的伤害。因为当我们测量鼻涕上的液滴时,它的酸性浓度大得惊人。这听起来不可思议,但这里正是它们繁衍生息的好地方。
细菌是地球上最原始,也是最普遍的生命体。它们与所有动植物一样,能生长,并适应周围的环境,还能繁殖,具有生命的基本特征。细菌细胞没有细胞核,可它们却含有DNA,而DNA正是生命的密码。
通过简单的***繁殖,每个细胞能一分为二,变成两个完全相同的细胞。研究发现,每个鼻涕滴中都含有成千上万的细菌。
不仅如此,在地下的水流中,佩妮还发现了一团团的细菌:“粘液球”。佩妮判断,这个洞穴是许多种类细菌群的家园。但是,在这个充满了毒性气体的洞穴中,这些原始生命又是如何生长的呢?
佩妮·波士顿说,它们从有毒的硫化氢获取化学能生存。对它们来说,这里就是温馨的家。
这些细菌的生活环境与早期的地球环境非常相似,它们可能就是地球上最初的生命形式的后代。科学家发现,生命在地球诞生之后不久就开始出现了,但是,科学研究不能仅靠猜测和推理,还需要严密的证据来论证。因为在此之前,科学家普遍认为,38亿年前,地球正频频遭到巨大的小行星和彗星的轰击,生命不可能在这段期间出现。最早的生命应该是大轰炸结束几百万年后才产生的。
***1 地球遭遇小行星撞击
***2 微生物专家在热带雨林洞穴考察
***3 单细胞细菌“鼻涕菌”
***4 地球上最早的地质运动的遗迹
事情的真相到底是什么呢?在格陵兰岛西北部,地质学家史蒂芬·摩西斯努力从一片世界上最古老的岩石中寻求答案。
史蒂芬·摩西斯说,格陵兰岛的地质形态极为独特,这里残留着我们迄今为止所知道的,地球上最早的地质运动的遗迹。这里的岩石大约形成于37~39亿年前。(***4)
但是,令人失望的是,这些岩石历经了亿万年的风霜,已经无法找到任何化石的痕迹。史蒂芬只有寻找更为模糊不清的生命证据。
史蒂芬·摩西斯说,这里也许曾经有过一些小型的化石,微生物的化石,但是,当岩石承受高温和高压时,岩石里的这些化石早就分解和破坏了。因此我们现在所能找到的只有古代细菌或微生物留下的化学痕迹。
科学界普遍公认的结论是,当岩石中碳12同位素的含量特别高时,意味着上面曾存在过生命。因为,当生物从周围的环境中吸收碳元素时,它们更偏爱碳12同位素。