记录远古生命兴衰的岩石

    记录远古生命兴衰的岩石

 

    美国自然历史博物馆的地质学展厅有一块可供参观者自由触摸的岩石。这块摸上去光滑冰冷，有着漂亮的红黑相间条纹的岩石，来自于远古时代的地球，那时地球上的生命才刚刚诞生。这块岩石的形成过程十分复杂，与地球上生命的兴衰紧密相关，因此不妨说它是记录了远古生命兴衰的“自然之书”。

   

    追忆那些无氧的年代
    这块岩石中有漂亮的彩色层状结构，其中黑色是铁氧化物，例如磁铁矿和赤铁矿；而红色层则是富含硅的石英类矿物，例如燧石、碧玉等。这种结构绝大部分只会出现在非常古老的岩层中，在25亿年前到18亿年前的地层中相当常见，这个时期通常被叫做前寒武纪，不过更专业的名字是元古宙。
    那个地质年代的地球与我们现在的环境完全不同。最明显的一点，我们现在通过化学和地质学的证据可以知道，当时大气中没有氧气。唯一的生命是紫细菌，它们依靠一种特殊的化学反应为生，这种反应可以把光、二氧化碳和硫化氢转化为糖类并释放出硫。但是，也就从那个时代开始，另一种更先进的形式——光合作用出现了，可以用水和二氧化碳製造糖类并排放出氧气。在25亿年后的今天，所有的绿色植物仍然用这样的光合作用维持着自己的生存。

 

    氧气也成了“毒气”
    开始，氧气只是给元古宙的生命带来了一些烦恼，不过很快烦恼变成了威胁。与今天不同，那时候没有吸入氧气呼出二氧化碳的动物，所以随着光合细菌的不断蔓延和繁荣生长，大气中的氧气迅速积累起来。对于我们来说，氧气是生命必需的气体，但对于像光合细菌这样一些厌氧细菌，氧气却是致命的毒素。
    与此同时，另外一个过程也正在进行中。地球原始岩石遭到风化释放出了铁，其中的大部分随着降水被冲刷进入了海中，最终成为溶解在海洋中的铁离子。当铁遇到氧气的时候，就会发生化学反应，结合成铁的氧化物，例如磁铁矿和赤铁矿。这些化合物都是不溶于水的，它们产生后就会沉积在海底，逐渐形成了黑色矿物层。
    由于铁可以通过化学反应稳定地吸收大气中的氧气，厌氧细菌得以繁荣了一段时间。但是最终自由的铁离子还是被耗尽了。这时，氧气就又开始在大气中积累。而厌氧细菌还毫不在意地继续大量生产氧气，结果大气中的氧越来越多，而它们懒赖以生存的二氧化碳却越来越少，于是地球上丰富的厌氧细菌群落开始大量死亡，这样一场氧气带来的大屠杀几乎把地球生命消灭殆尽，只有一些躲藏在致命气体无法抵达的角落和缝隙中的献氧生物幸存下来。
 
    一部生命的轮回史
    在这次大灭绝之后，地球经历了相对安静的几百万年。在这个生命衰退的年代，地质活动却一如既往地进行着。被侵蚀的岩石仍然在释放出铁原子，这些铁缓慢地吸收掉大气和海洋中的氧气，这段时间，海底黑色的铁氧化物继续在沉积。最终，世界被清洗乾淨，生命重新恢复了活力，于是从它们的避难所中蔓延开来，再次给整个地球覆盖上了绿色。
    这时溶解在海洋中的铁离子，由于缺少氧气与它反应无法生成黑色的铁氧化物，所以沉积到大洋底部的是含硅的矿物层。于是，在富含铁的黑色地质层上盖上了一层富含硅的红色地质层。
    当然，这次繁荣依然会走向衰落——厌氧细菌仍然会排出它们自己无法忍受的废弃物氧气——于是生命又再度灭绝。这样的循环发生不止一次，而是有许多次。每次循环，就会有一层铁的黑色氧化物沉积下来；随后是一层含铁很少的红色硅酸盐。黑色矿物是生命繁荣时沉积下来的，红色矿物是生命灭绝之后沉积下来的。
    这样的一块带状铁岩石，其中的每一层红色和黑色矿物都代表了它自己时代中一场超乎想像的灾难，一埸将生命按“Re-set”键清零的灾难。同样，它们中的每一层也 都默默证明生命的坚韧性。

 

    前车之鉴
    当然，重生与毁灭的循环不会永远持续下去，终于，生命进化出了呼吸氧气的生物，被厌氧生物视为毒气的氧气，现在反倒成了新生命新陈代谢的能源。剩余的厌氧生物则退居到了岩石缝隙和海洋深处。今天动物呼吸的所有氧气都是植物产生的，而植物所需的二氧化碳又是动物产生的，由此形成了一个良性的循环。
    还有，在这块带状铁岩石上自然也写下了对我们人类的告诫。在我们的时代，我们也在改变大气的成分，不过这次是通过排放出温室气体。虽然我们面临的危险没有元古宙厌氧细菌那么严峻，不过形势也足够严峻。带状铁岩石不仅仅是一个记录，它们也警告我们：当生物不考虑后果地改变自身所处的环境的时候，就会发生生存的危险。