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地球是如何诞生的 发布时间:2012-12-18 浏览: 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。 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。 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”。 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。 通过简单的分裂繁殖,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。 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。 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。借助这个线索,通过高能量离子微探针,史蒂芬揭示出一个惊人的秘密:格陵兰岛岩石中的碳12同位素的含量比预期的高很多。这意味着,38亿年前,这些岩石上曾经出现过生命。 史蒂芬说,这是目前人类找到的生命存在时间最早的证据。进一步研究后,科学家发现,在地球诞生之后不久、还处于遭受大轰炸期间,生命就开始出现了。但是这个结果随之引发了一个更大的疑问,如果生命确实是在如此早的时间就已经出现,那么构成生命的基本物质碳化合物又是从何而来呢? 地球诞生后不久,一个巨大的星体撞击了它。地球的外层被完全汽化,月球也在这次撞击中产生。与此同时,地球上任何复杂的碳化合物都在这场巨大的撞击中被彻底毁灭了。 最早形成生命的碳化合物来自哪里呢?有科学家推测,碳元素最早来自于外太空,然后被送到地球上来。这个理论一经提出,便迅速得到广泛认同。天体生物学家唐·布隆里认为,在我们头上20千米以外就是外太空,构成生命的基本物质在那里非常普遍,而且不断落向地球。 唐·布隆里认为,每年有4万吨来自彗星和小行星的物质撞击地球。它们主要是直径不到一毫米的小颗粒。我们呼吸的空气中、吃的食物里就有它们。可是,你只有在很特殊的地方才能找到它们。 专家的这种说法有依据吗? 要想收集到未被污染的样本,就必须在小颗粒穿过地球大气层、被污染之前就得到它们。 为了从落向地球的几千吨尘埃中采集几毫克的物质,唐·布隆里委派一架退役的间谍机飞往6万5千英尺的高空,到达外太空的边缘。 细小的太空尘埃被粘在机翼表面的粘板上采集下来。唐的同事将这些尘埃颗粒切成很小的部分,然后进行化学分析。虽然每个颗粒的大小都不到头发直径的十分之一,但唐惊讶地发现,颗粒中竟然含有大量的碳化合物。 唐·布隆里说,在电子显微镜下,会看到各种元素的序列,这些碳和有机物质已经有45亿5千万年的历史,它们就是构成生命的基本物质。 在太阳系的形成过程中,大量的宇宙尘埃残存下来。现在,它们依旧飘荡在外太空,不过大多数还是以岩石块的形式在小行星带中绕轨道运行。它们是怎么来到地球的?又是如何进一步演化成生命的呢? 正当大家困惑的时候,1969年,人们在澳大利亚的默奇森发现了一颗特殊的陨石,这块陨石给一度迷惘的科学家带来莫大的惊喜。从这块陨石上,人们找到了研究生命起源的突破,它为构成生命的基本物质来自宇宙这一理论提供了重要证据。 它是价值连城的宝贝。在6个月里,科学家们一直在分析它,发现它含有生命的基本物质:氨基酸。 这是人类第一次在来自外太空的物质中检测到氨基酸。氨基酸是一种碳化合物分子,这种物质结合在一起就形成了对生命体非常重要的蛋白质。 20年来,美国宇航局的麦克尔·佐兰斯基一直在研究默奇森陨石。他相信,像这样的陨石在地球形成初期是常见的,正是它们从太空向地球输送了大量的氨基酸。 美国宇航局科学家麦克尔·佐兰斯基说,这块陨石里有足够的有机物。像这样的陨星为早期的地球提供了全部有机物质。所以说,你体内全部有机物、碳都是以含碳的球粒状陨石的形式到达地球的。如果穿过大气层时,陨石的个头足够大,它们就会像落向地球的胶囊一样,在地表裂开,将它们运送的有机物完好无损地送到地球上来。 目前,人们已经在陨石中发现了70多种氨基酸,而其中8种正是构成活细胞蛋白的基本物质。麦克尔·佐兰斯基说,在地球诞生之初的持续大轰炸期间,也许有几十亿颗小行星或者彗星曾把这些生命的种子撒在地球上。 与陨石相比,彗星也许能带来更大量的氨基酸。彗星是含冰的尘埃流星,有一些慧星大得像山一样,而其中四分之一的物质可能都是有机物。 但是,当一颗巨大的彗星撞击地球时,这些生命的种子,也就是碳化合物,能够承受巨大的冲击吗?它们会发生怎样的变化呢? 为了检测氨基酸能否承受巨大的冲击力,地球物理学家詹妮弗·布兰科设计了一个独创的试验。她用一只巨大的******模拟彗星撞击地球时所产生的高温和高压。詹妮弗·布兰特说,我们通过试验检测物质是保存下来还是分解。我们估计它会分解,不过希望能保存下来一部分。 在詹妮弗的试验中,******子弹以每小时1万英里的速度撞击目标样本。这个样本代表彗星里的有机分子,其中含有5种不同的氨基酸溶液,包括氨基乙酸和脯氨酸这两种普遍存在于活细胞中的物质。 詹妮弗把这些混合溶液注入一个坚硬的钢套中。******子弹的冲击会在钢套中形成一道冲击波,从而模拟出彗星撞击时所产生的高温和高压。 詹妮弗·布兰特说,我觉得,要想象这个试验所产生的压力非常困难。即使我们到达海底,那里不过只有几百个大气压,而这个试验里的压力有几十万个。 这些氨基酸在高温高压下还能完好无损吗?会发生怎样的改变?詹妮弗的试验能够最终证明构成生命的基本物质是来自外太空吗?所有人拭目以待。 试验结束,从外形看,钢套没有受到丝毫损害,当詹妮弗取出钢套中的氨基酸,她发现,原本透明无色的氨基酸溶液已经发生了变化,呈现出一种深棕色。分析其中的化学成分后,詹妮弗惊奇地发现,冲击所产生的能量竟然使得氨基酸转化成了一种新的化合物。 詹妮弗·布兰特说,我们使用的样本上包含的是小分子化合物,我们利用冲击的能量产生了更大的分子,缩氨酸分子。试验表明,我们可以利用冲击的能量,将最简单的生命构成物质转变成较大的分子。 詹妮弗的试验不仅证明了有机分子能承受住巨大的冲击力,而且巨大的压力还能制造出更为复杂的分子,从而向生命的起源迈进了一步。 这些碳化合物分子是如何转变成生命形式的?又是在怎样的条件下完成这一过程的呢? 虽然詹妮弗的试验使得生命的起源研究有了突破,但是,仍有一个巨大的疑问困扰着大家。因为,早期的地球动荡不安,巨大的轰炸接连不断,组成生命的这些早期的碳化合物分子到达地球后,是怎么逃脱大轰炸中被毁灭的命运的呢? 更为关键的是,从地球大气中充斥着二氧化碳和有毒气体硫化氢,到如今富含对万物生长至关重要的氧气,这个神奇转变又是如何发生的呢? 现在,有些科学家认为,在地壳深处,生命可以免受致命辐射的伤害,这些早期的碳化合物分子沿着地表的缝隙渗进地下,生命的奇迹由此产生。但是这个说法也受到质疑,因为地壳深处高温、缺氧,生命如何在这种环境下生存呢? 马丁·范·克拉南通克说,这些大型的叠层石主要由底部的岩石构成,叠层上唯一有生命的部分是顶部很薄的一层,而这薄薄的一层是由一种叫藻青菌的蓝绿色细菌构成的。这些藻青菌以它们细胞的颜色命名,它们借助光合作用吸取太阳的能量,并且分泌出一层粘稠的保护层抵御紫外线的伤害。 文章系泰兴市知识产权服务中心整理 |