独品 | 我们的星球，何以美得如此独特？

19

星期五

2017年5月

地球诞生于原始太阳系的尘埃云盘之中，历经星尘、烈火、汪洋、沙漠、寒冰的无数磨难淬炼，终于进化成蓬勃绚烂的生命星球。

一日一签

你曾想过吗？

其实地球的进化就如同换脸变妆游戏，从黑地球到绿地球，不同颜色揭示了地球不同时期的秘密。

我们的星球，何以美得如此独特？

假想的地球形成初期，

地球表面都是融化的岩浆，不断受到陨石轰炸

蓝地球时期，地球表面陆地很少，基本被海洋覆盖

寒武纪生物大爆发，这是三叶虫的化石

人类登月后留下的第一个脚印

红地球时期，地球表面岩石中的铁被氧化，呈红色

白地球时期，地球气温骤降，冰盖蔓延到赤道附近

受访者 / 罗伯特·黑森 (《千面地球》作者)

采访者 / 王立刚 

在您看来，我们的地球是一颗非常特别的行星？

是的，非常独特。你应该看过NASA最有名的一张照片，“地升”（Earthrise）。这张照片大概是二十世纪最引人瞩目的图片之一，那是1968年人类的一位远足者在绕月轨道上拍摄的。在已知行星中，积水成海，大气富氧，生机勃勃，地球是只此一家。全然荒蛮的月球地貌，苍穹漆黑，略无生气。与我们那蓝白相得益彰的家园，恰成鲜明对照。虽然我同意在宇宙中有生命的星球绝不会只有地球一颗，但即便如此，在已知的宇宙中，地球仍然是唯一的有生命的星球。或许未来，我们会发现《星球大战》中那些生活着其他族类的世界，但我们的世界仍然是独一无二的。

您这本书中提出了一个非常激进的观点，地球的独特性体现在其丰富的矿物种类上，地球是目前太阳系里矿物最多的星球？

这的确非常激进，但也是事实。这本书的故事主线是地球的演进，也涉及了一些其他行星，矿物从简单到复杂，从形成太阳系的尘埃中的区区十几种矿物到如今地球上所知矿物超过4500种——其中的三分之二，在无生命的世界上不可能存在。

我们的团队曾经就此在专业期刊《美国矿物学家》（American Mineralogist）发表过一篇文章，提出了“矿物演化“的概念，意外地获得了巨大的反响，尤其像《经济学家》《镜报》《科学》《自然》以及一些通俗科学杂志，全都扑向我们。

《新科学家》发表了一幅漫画，展现矿物进化的四个“阶段”，从会游泳的晶体，带着鳍，到一种“进化好了的”晶体，拄着拐棍。当然有很多怀疑和批评，难道火星确实只有500种矿物吗？无生命世界的矿物确实不可能超过1500种吗？我们把假说提出来；验证这些假说的求索过程还没有完全展开。但显而易见的是，月球和火星上的矿物的确远比地球贫乏得多。

而之所以如此，就是因为地球上产生了生命，是生命的参与和作用，造就如此多的新矿物。

那目前有什么证据支持你们的假说呢？

为了把定量的皮，蒙在矿物进化假说的骨架上，你必须考察一组一组的矿物。幸运的是，世界上有专家，专攻许多不同类型的矿物。

譬如缅因大学的地球科学研究教授埃德·格鲁（Ed Grew），研究了铍和硼化物。格鲁教授拿出了一份意义重大的图表，显示铍矿物在时间中积累的数目，根据的是几千份得到报告的发现。新矿物的巨大涌现，发生在大约18亿年前到17亿年前，这段期间，正是超级大陆进行强烈的碰撞造山事件中，可见，活跃的地质活动是形成新矿物的摇篮。而那些“死了”的星球，譬如月亮，就无法这样造矿。

格鲁教授又拿出了一份更令人叹为观止的普查报告，涉及263种硼矿物。在25亿年前的样本中，只有少得可怜的20种左右，在大约21亿年前硼矿物种类开始翻倍，而5亿年前则数量增加更快，这很可能是因为生命大爆发之后加速了新矿物的形成。

生命与矿物在演化上似乎具有某种同步性，这也是你们的假说最具有挑战性的地方吗？

的确如此。我们发现，不仅仅是5亿年来，新矿物和新物种都在蓬勃出现，而且还发现了其他的相关性。譬如，在22亿年前，由于近海的藻类的大量出现，空气中开始出现了氧气，而氧气的出现则带来了氧化事件，地表岩石中大量的铁被氧化，使地表呈现出红色，我比喻说，这是“红地球”时期。很显然如果没有生命，氧化铁这种矿物就不会出现。接着，空气中的氧气和二氧化碳结合，形成碳酸，碳酸随着雨水下降，侵蚀地表岩层，形成了最早的土壤，并且造成了近海的碳酸岩沉积等等。

生命还有可能造成更大的全球性改变。比方说距今8亿年之后，由于海洋中大量藻类吸收二氧化碳，造成温室气体浓度急剧降低，地球开始变冷，引发了雪球效应，巨大的冰盖伸展到热带。可见生命的作用之巨大。

我们很小就知道，珊瑚的遗体变成石灰岩，煤炭、石油、天然气、琥珀是生命的遗物，但你们的假说似乎还提到了矿物有可能参与过生命的起源？为此，你们和米勒学派产生了巨大的分歧？

生命不仅仅参与了造矿，而且从生命的发端就和矿物结下了不解之缘。我提出的生命起源的范式是“岩石表面的生命分子模板合成”。

在此之前，称霸世界的生命起源范式是“生命之汤”，是1953芝加哥大学教授诺贝尔奖得主化学家哈罗德·尤里（Harold Urey），与他的研究生斯坦利·米勒（Stanley Miller）设计的一个简单优雅的实验。这大概是科学史上最著名的实验之一，全世界的报纸以煽情的大字标题报道。但米勒学派把生命起源只看成一个有机化学问题，完全没有考虑到地球早期复杂多变的自然环境，也没有考虑有机分子如何变成最原始的细胞的过程。

正如后来的研究所揭示的，原始地球的水体里，氨基酸和核酸分子并不罕见，关键是如何组装成具有功能的生命结构。谁都知道，任何超市里都有乐高玩具，但这些乐高玩具不可能自己组装成埃菲尔铁塔的模型。而米勒和他的支持者们似乎就是在说，原始海洋或者池塘里有这些有机分子，然后有机分子就自动组装成了细胞，于是生命起源问题就真相大白了，这是不可能的，这太偷懒了。

我们的研究认为，这一过程恰恰离不开岩石的作用。大多数生命基本材料不能自组织。但是，它们能浓缩，排列在岩石和矿物的表面上，其方式是大家所知的“模板合成”。我们在最近十年的实验，表明生命的许多最关键的分子，其实是胶着在自然的矿物表面上。氨基酸、糖和DNA与RNA组件，吸附在玄武岩和花岗岩中的大多数普通造岩矿物上。这才是最后的答案。

如果没有岩石提供温床，有机分子就不会组装成复杂的生命结构；而如果没有后来生命进化的爆发，也不会形成如此丰富的矿物。或许未来，我们可以通过检测某些矿物的含量，来确认哪些星球是否可能存在生命呢。

您的这个地球故事版本，有什么独特之处吗？

我首先得请我的读者原谅，地质学家们都是拙嘴笨舌的憨厚货，天体物理学家会杜撰了一些让人浮想联翩的术语，如“褐矮星”“红巨星”“暗能量”“黑洞”“虫洞”“时空涨落”，在科学名称的游戏中，他们要成功得多。

但我要说的是，在揭示地球46亿年的变化秘密时，矿物其实本应该是处于核心的位置，只不过以前的地质学家太保守、太胆小，也太缺乏想象力而已。其实知道现在，绝大多数地质学家的工作似乎只用来服务于勘探和探矿，其实他们本应该承担起和古生物学家、 天文学家一样重大的责任，那就是讲述宏达的地球的故事，甚至其他星球的故事。

地球之所以有海洋有陆地，首先就离不开矿物学知识，正是因为组成原始地球表面的岩浆里含有不同的矿物成分，才有了不停的升降过程，随着地球温度渐渐冷却，玄武岩开始凝结成不稳定的地壳，随着温度继续降低，比玄武岩更轻的花岗岩凝固并浮出地壳，成为陆地，并且一旦形成就一直漂浮在玄武岩地壳上层。

在具体的细节过程中，离开矿物学的视角就会语焉不详。譬如全球温度的升与降，和二氧化碳的含量相关，而二氧化碳中的碳原子又分成轻重之不同，藻类植物的光合作用只使用特定的碳原子，这样藻类死亡形成岩石后，就可以发现这些岩石中特定碳同位素含量。这些信息都会对我们理解气候、生命、矿物之间复杂的关系提供有力的帮助。

其实，拥有了矿物学知识，甚至对于理解人类历史都具有很重要的意义。譬如为什么在南美腹地深处的高原小城波托西，会发现巨大的银矿，而这里的银矿极大地改变了拉美的和全世界的历史。因为波托西的地下深处是巨大的岩浆池，在那里太平洋板块深深钻进南美板块下边，巨大的推挤和抬升形成了高耸的安第斯山，而且造成了很多巨大的地壳深处的断裂，岩浆沿着裂缝向上喷涌，就形成了丰富的金属矿藏，这些矿藏也吸引了欧洲人发动对拉美的殖民和掠夺。

您的话让我发现，人文科学和自然科学忽然有了一种很奇妙的联系。

我一直说，关于地球的研究就是在研究变化之学。这和人文科学有某种相似性，但我们的时间尺度要大得多。历史学家解读文献，地质学家也有他们的“文献”，譬如斯堪的纳维亚的冰川沉积物，显示17000多年的冬夏交替，在南极洲得到的冰芯，能够揭示80多万年的季节性冰层累积。怀俄明州的绿河页岩（Green River Shale）的沉积层，每一层菲薄如纸，保存着100多万年中每年的大事。

地球不曾有一刻的安分，是一颗一直在演化的行星。我们都应该知道地球的往事，鉴往知来，我们就会意识到，这几个世纪以来，海洋和大气变化的速度快得非同寻常，以前地球上也会碰上罕见的时刻，变化速度快得令人惊骇，每当此时，生命就会付出了惨重的代价。

所以我们要小心了。

延伸阅读

《千面地球》

[美]罗伯特·黑森 著

王祖哲 译

北京大学出版社

2017年4月版

扫二维码立即购买~

推荐理由：该书讲述了地球46亿年的传记，地球诞生于原始太阳系的尘埃云盘之中，历经星尘、烈火、汪洋、沙漠、寒冰的无数磨难淬炼，终于进化成蓬勃绚烂的生命星球。地球的进化如同换脸变妆游戏，从黑地球到绿地球，不同颜色揭示了地球不同时期的秘密。

推荐阅读

好书探

发现好书 | 推荐好书

喜欢，别忘关注~