地质学如何讲述地球上进化瓶颈和生命的故事？

灾难性的地质事件可能造成进化瓶颈，改变了地球生命的进程，这一证据可能被埋在我们脚下的古老岩石中。地球历史上有7亿年的间隔，在这段时间里发生了最具变革性的事件之一：生命出现了。这个缺失的时代不仅掌握了人类始祖的秘密，还可以指导我们在其他星球上寻找生命。为此，最近发表在科学期刊《天体生物学》上的一篇论文试图将地质学和化学结合起来，展示地球古代地质学告诉我们的地球生命起源于什么时候，以及地质约束（比如小行星撞击或进化瓶颈所造成的制约）如何被用来审查关于生命进化的不同理论。

博科园-科学科普：美国斯坦福大学地质学家Norm Sleep在论文中写道：地质学家对地球适宜居住的时间和生命真正存在的较晚时间的限制很弱，从45亿年前到38.5亿年前。一个危险的时间：然而，这是一个在地球附近的危险时刻。尽管近年来有关小行星撞击地球的证据越来越有争议，但许多科学家仍然认为，在这段时间内，小行星撞击了年轻的地球及其邻近的行星，这就是我们所知的晚期重轰击。小行星撞击是可能造成所谓进化瓶颈的事件之一，少数物种能够在这种瓶颈中占主导地位，这通常是其他生物数量突然减少的结果。

巨大的小行星撞击可能造成了进化瓶颈，决定了进化的路径。图片：美国国家航空航天局/戴维斯

如果一颗大的小行星撞击地球，地球表面的温度就会飙升，海洋就会蒸发到大气中。这对地球上大多数生命来说都是灾难性的。但如果一种生物能够生存下来，它将能够接管这个星球，并可能在数十亿年的时间里进化成为最终的人类。如果从地质学角度彻底摧毁了大多数生命，幸存者将会发现许多空缺的生态位，而且会有快速的进化。例如嗜热生物(喜热的生物)可能能够在足以杀死其他生物的温度下生存。这种瓶颈，我们从物理学中知道，地球内部会更冷，热微生物会更舒服。

以碳为基础的证据

不幸的是，古代小行星的撞击很难在地球的地质中被探测到，部分原因是地球的构造板块在移动。然而，在远古岩石中被封存的碳的痕迹可能提供了一个线索:在灾难性的小行星撞击后，大气中会含有大量的二氧化碳，这与高温和高压有关，而高温和高压会使地球上的生物难以生存，直到这些二氧化碳的大部分渗入地幔，地球才变得适宜居住。到目前为止，科学家们还没有找到这种封存二氧化碳的可靠证据。另一个生命进化的瓶颈可能是创新：一个有机体创新了一种特性，使它非常适合它所处的环境，并且能够超过其他的有机体。

加拿大西北地区阿斯塔片麻岩组的一块岩石碎片，其中含有世界上已知最古老的裸露岩石，封存在这些岩石中的碳能揭示小行星撞击地球的存在吗？图片：Pedroalexandrade/Wikimedia Commons

它很快就占据了地球上所有适合居住的地方，而且很快就变得非常丰富。一个例子是一个生物体进化出利用铁或硫进行光合作用的能力，这种生物从依赖氢变成依赖阳光，其生物量增加了一个数量级。一旦达到这个门槛，这种转变就会非常迅速，就像人类的时间尺度一样：几年、几百年、几千年。这种生物可以从勉强维持生存，到繁衍生息并在整个星球上生存。这些都是潜在的可测试假设。论文指出，大多数已知的矿物物种的存在都归功于生物过程。当被问及造成这些瓶颈的最可能原因是什么时，这可能是两者的混合。

发表的这篇论文目的并不是为了鼓吹一项事业而反对另一项事业，而是“让人们思考”这是为了让人们一起工作，以一种对所有人都有帮助的方式摆出各种姿态，(并)引发更多思考。德国杜塞尔多夫海因里希-海恩大学分子进化研究所所长威廉?马丁向《天体生物学》杂志透露：这两门学科的观点各不相同，(而且)让所有人都站在同一战线上并非易事。研究人员付出了巨大的努力去跨越学科，这是肯定的。关于早期进化的观点变化缓慢。归根结底，地质学是至关重要的，因为它定义了生物学家和化学家必须在其中工作的环境。

博科园-科学科普｜研究/来自：天体生物学

参考期刊文献：《天体生物学》

DOI: 10.1089/ast.2017.1778

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