35亿年的生命物语
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第三章 黑暗中的形体

海底的“黑烟囱”。“黑烟囱”是指海底富含硫化物的高温热液活动区,因热液喷出时形似“黑烟”而得名。科学家认为,地球生命很可能最先出现于这些区域

没人知道生命最初是如何诞生,或是在何时何地诞生的。由于无法亲眼确认生命是不是从无机物的混沌中破茧而出的,我们对35亿年前那天日落之后、第一个生命诞生之时的一切,很可能永远无从知晓。最初,无论植物还是动物很可能只是几块原生质物质,它们被埋葬在海底的泥土里,不太可能留下任何可以察觉的痕迹。即便真的留下了记录,在受苦受难的地球上,35亿年的混乱也足以毁灭它们那些卑微的墓志铭了。

我们并不了解生命史的最初阶段,就像不了解地球进化史的最初阶段一样。爱默生曾说过:“自然界的一切都在书写自己的历史。”这句话说得没错,但时间洪流会摧毁许多记录。地球在宇宙中的历史最初用火焰写在原始的夜空中,直到多年以后,当它成为太阳系中的一个独立存在,有了自己的大气层和海洋之后,它才开始书写人们可以阅读的、确定无疑的历史。地球已经存在了约46亿年,但它写在岩石上准确可查的历史大约35亿年原书为“5亿年”,目前,在澳大利亚距今约35亿年前的叠层岩中所发现的一些碳质有机物被认为是最早的细胞残留。因此,此处修订为“35亿年”——译者注。生物最初的记录写在水里,但直到它们长到能被人类肉眼和显微镜观察到的尺寸,直到它们进化出能够抗拒腐蚀的骨骼,能随着坟墓的石化变成化石之后,它们才留下可靠的记录。生物在时光中的大游行是以一种我们永远无法理解的方式开始的。那个年代我们可能永远无法了解,就像它结束的方式我们没人能够预见一样,生物游行结束的日子将永远失落在过去黑暗的地平线下。

原始地球想象图。科学家认为,来源于天外彗星的有机物质也是地球生命起源的一种可能

三叶虫化石。三叶虫生活在寒武纪。化石几乎是目前科学家获取生命起源记录的唯一方式

地表上裸露的最古老的岩石讲述着关于变化的故事,它们记录的事件发生在大气层和海洋形成之后,后来相对平静的时代建立之前。最广为人知的记录来自苏必利尔湖周围,人们大量研究了那里在这段早期时代形成的岩石。这段时期被称作“太古宙”一般指40亿年前至25亿年前原核生物出现的这段时间。,事实也和它的名字一样悠远漫长,几乎占了有史以来全部时间的三分之一。我们对它几乎一无所知,一个原因是那段时期的各种混乱让历史记录变得复杂模糊,另一个原因则是后来的时光里依旧充满混乱,模糊并消除了更多的记录。

太古宙想象图。太古宙是最古老的地质年代,指40亿年前到25亿年前原核生物出现的历史时期,是生命出现及生物演化的初级阶段。该时期形成的地层被称为“太古宙”

年轻的地球内部充满了频繁的缩张和动乱。大量灰烬和熔岩从地表裂缝和火山口喷发到地表。花岗岩像溃疡一般,在地壳上杀出一条血路。地面上偶尔也会有短暂的间歇期,平静的波涛会轻轻拍打宁静的海岸线。不过在绝大部分时间里,在地球的绝大部分地区,地下世界里的魔鬼们都在不断地把地狱搬上地球表面。但就在这段时期里的某个时候,没人知道具体是哪一天,纷扰的世界突然盛日降临,大自然所有不安分的能量终于知天顺命,物理世界里盲目的奋斗终于有了意义。有什么东西在太古宙的废墟里骚动不安——第一个造物终于诞生。

尽管我们对生命的原始形态不尽了解,但想象力却并不会受事实束缚,只会受概率控制而已。最初的生物不太可能类似现存的任何动植物。构成地球骨肉的是岩浆,而形成所有生物身体基础的则是原生质,二者在化学和动力学方面存在着巨大区别。生命在获得可以与现存的任何生物媲美的身体形态以前,很可能经历过前细胞化学阶段前细胞化学阶段,即前细胞结构的生物,指具有生命特征的非细胞结构的有机体,它们没有生物膜和细胞器。,这就更增加了它的复杂性。但这一点没人了解。幸而这个问题基本上只是学术性的,无关紧要。

我们有理由相信,最早的生物更像是植物,而不是动物,但在这里我们也遇到了如何明确区分两大王国界线的问题。现存的许多生物都结合了动植物一些最典型的特征。通常而言,植物有叶绿素,动物没有,但有些植物也缺少叶绿素,比如蘑菇和毒蕈;而有些动物却有叶绿素,比如某些原生动物、无脊椎动物和水螅类等等。不是所有的植物都扎根大地,也不是所有的动物都能自由行走。有些植物像猫儿一样敏感,也有一些动物如卷心菜一般迟钝。大部分植物能从周围的空气、土壤和水中获取气体和液体养分,以此维生,但也有些植物像最嗜血的动物一般残暴无情。大部分动物以植物为生,因为它们缺了某些只在植物体内存在的物质就活不下去,但也有少数动物摆脱了这种普遍的限制,它们显然天赋异禀。最早的生物和植物一样,直接从周围的无机环境里获取营养物质。因为它们没有别的什么可吃的,除非是互相残杀,但要是它们当时选择了自相残杀,现在我们就不用在这里讨论这些问题了。

位于萨尔瓦多共和国的桑塔安娜火山遗迹。剧烈的火山活动对地球早期大气层的形成具有重要意义,同时也是生命得以形成的重要因素之一

最早的生物很可能以亚细胞或单细胞形式生存了数百万年,吃的是泥土,喝的是原始海洋里的海水。因为它们必须生活在海洋或是大湖里,只有这些地方才能始终保持足够的湿度,保护它们娇小的身躯不被地面上的强风烈日吹干、烤干,令羸弱的生命不会瞬间被扼杀。

最终,生命必定进化到了和现在的细菌近似的复杂程度。除了一些滤过性病毒之外,细菌是已知生物中最小、最简单的一类,它们把生存标准降得极低。人类无法用肉眼看到任何细菌,所有细菌都是靠一个变成两个的简单分裂方式来繁殖的,但只有在它们获得充足的食物、长到一定大小之后才会繁殖。它们在其他任何生物生存的地方都能生存:水中,陆地上,空气中的尘埃里,甚至在某些从未发现过其他生物的地方它们也能生存,比如在地下几百英尺深处的石油层中。有些细菌离不开氧气,有些则只能在缺乏氧气的条件下生存,还有些会以铁、硫和其他物质为食。

如果细菌确实是早期生命形态的遗留产物,那我们就很难理解,为什么在时间洪流从它们身边滚过了几十亿年之后,在亲属都取得更高的进化成就之后,它们还依旧保持着原始形态?但命运变幻或口味怪癖是无法解释的,细菌看过那些比它们更强大、更睿智的物种的崛起,也看过那些物种的覆灭。或许,它们由此甘心保持简单状态——即便一无所获,至少获得了长生。

我们从未在最古老的岩石里发现过确定无疑的细菌化石,之所以推断它们在太古宙已经存在,是由于当时存在着大量的石灰石、花岗岩和铁矿石。有些人认为,现存的某些细菌能从海水中吸收碳酸钙,再把它们以石灰石的形态在海底排泄出来。某些最早的石灰石可能也是通过类似的方式制造出来的。当然,许多石灰石还是在之后的年代里通过纯化学方式产生的。石灰石和煤一样,也是碳的一种存在形式,它不仅意味着细菌的存在,还意味着可供细菌活动的更高级的植物的存在。铁矿石也是同样的情况,某些铁矿石也许同样是由噬铁菌制造出来的,它们从海水中吸收铁元素,再以某种形式把铁沉淀到海底。

眼虫,眼虫属生物的统称,又称裸藻或绿虫藻,一种介于动物和植物之间的单细胞真核生物

细菌的世界

直到多年以后,元古宙元古宙是距今约25亿年至5.45亿年的这段时期,是一个重要的成矿期。的黎明期过完,生命才开始留下更多直接的存在证据。当时地球已经慢慢进入更为平静的状态,火山咆哮不再那么频繁,河流安静地将水送进海洋。当然,在加拿大古老的土地上还游走着巨大的冰川,海底的无数熔岩流仍然将全世界储藏最丰富的铜矿送往密歇根州北部,但总体而言,元古宙的世界平静安宁,对生命亲切友好。

珊瑚藻是人们最为熟知的一种形成岩石和陆地的藻类

生命正是从这时开始用大量化石记录自己的存在的,这些记录模糊不清,有些还有疑问,但某些元古宙遗迹的真实性不容置疑。在经历了数十亿年与疾风大浪的搏斗之后,生命面对前所未有的良机,取得了巨大的胜利:面对恶劣环境的打击,某种简单生物长出了石灰质的骨骼,有了脆弱的肌肉。在目前已知的化石记录里,最古老的化石是在与安大略省亚瑟港相距不远的陡岩湖的元古宙地层底部发现的。这些化石呈号角状,直径从一英寸到一英尺多点不等。有些专家将它们归为海绵类,另一些专家则认为它们与元古宙后期的石灰藻有关。到元古宙末期时,蒙大拿州的条件特别适宜石灰藻的生长,它们在内陆湖里长到巨大的尺寸,后来甚至耗尽了湖水,为落基山脉腾出了地盘。除了这些化石之外,还有很多蠕虫在远古海岸的泥土里留下了洞穴。也有些人表示发现了其他所谓的化石,包括甲壳类动物、原生动物和细菌等,但这些发现都经不起一定程度的质疑。近年来,约翰·W.格鲁纳博士利用显微镜,对密歇根州发现的元古宙岩石进行了一些有趣的研究,他认为它们是细菌和蓝绿藻的化石遗迹。但其他科学家并不承认这些化石的真实性,因为它们经历了太多变化,历史无法确定。这些化石可能确实是原始植物的遗骸,但也可能是来自矿物世界的冒牌货。

蠕虫的化石。蠕虫是很早就存在的生物,生活在距今约5.5亿年的寒武纪时期

对于从生命诞生到长得足够大、足够强壮、足以留下化石记录这一时期的情况,我们的知识存在一段空白,这是人类地质史上最大的空白。生物在地球的历史上留下不可磨灭的痕迹之前,有超过三分之一的时间默默消逝了。最初的生物出现时已经是成熟的石灰藻和蠕虫,和现存的石灰藻和蠕虫区别不大,但我们只能猜测它们的历史,实际上,即便是从原始细菌开始推测,到石灰藻也有漫长的路要走。在从前者到后者的进化之中,必须出现叶绿素——植物中的绿色有机酸。除了原生质之外,叶绿素是自然界最奇妙、最神秘的物质。有了它,植物可以利用太阳能,用二氧化碳和水制造出淀粉,进而制造出蛋白质。而只有植物体内有了淀粉和蛋白质之后,动物才能出现。动物需要淀粉和蛋白质,所以只能依靠植物过活,植物是营养的最终来源。元古宙泥土里的蠕虫吃植物,并把植物体内死亡的原生质转化成自己活的原生质。它们用蛋白质构造自己的身体,在这个过程里深入探索化学的复杂性。就连最伟大的化学家也无法重复它们的成就,他们甚至无法理解。

就人类自以为是的程度而言,在难以计算的漫长时光里只出现了简单的海藻和蠕虫,这似乎不是什么值得炫耀的事,但若是把有史以来的时间分成两半,这些生物便是生命在前一半历史里最辉煌的胜利,就像人类的存在是后一半历史里的辉煌一样。此时,它们还只不过是黑暗中的形体,但命中注定,它们将很快作为游行队伍的排头兵,走进更光明的时光之中,而且这支队伍终将遍布整个地球,取得一个又一个的辉煌胜利。