海底黑烟囱的联想

地球现生的生物种类何其多,依照传统的思想,一般观念上认为,不管是直接也好、间接也好,芸芸众生之所以能存在,太阳是所有生物的主要能量源头,太阳光能扮演了最基本的角色,没有阳光和光合作用,地球上的芸芸众生就无法生存。

“海底黑烟囱(Black Chimney)”是廿世纪海洋科学最重大的发现之一,科学家们在北冰洋极北地区海域中大西洋洋脊,发现了五处非常集中的被称为“海底黑烟囱”的热喷泉,在美国西边的太平洋海底也有;根据探测设备的测量,它们位于好几千米深的海底,完全照不到阳光,像煮沸的醋一样(摄氏400度)的海水,从“黑烟囱”不断喷射而出;此外,“海底黑烟囱”周围广泛存在古细菌,透过基因组测序发现,这些古细菌非常原始,处于生命树源头的位置上;科学家因此提出原始生命起源于“海底黑烟囱”周围的理论,认为地球早期的生命可能就是嗜热微生物。

近年来科学家们也发现了地底下几千公尺的岩石里面,也有好些原始的微生物,在这种环境中,环境地层石头的压力,绝不小于“海底黑烟囱”四周;换言之,这些活在地底深处岩石内的微生物,也非靠阳光的光合作用而生存,它们活在高温与高压的严酷环境之下。

除了四周的细菌之外,在“海底黑烟囱”周围高等生物生机盎然蓬勃,令人吃惊;依照传统的观念来说,在这么深处的海洋,太阳光根本无法到达,无法进行生物的光合作用,那么怎么有可能竟然是整片生机蓬勃的海底生物世界呢?这些热液生物群的发现,更是石破天惊,不仅是因为生物的密度比周围海底高一万倍到十万倍,主要是在于这种生物群所赖以生存的能量来源--化学反应。

热液生物群中最有趣的就是三公尺长的蠕虫管子,这些蠕虫既没有口、也没有消化器官,全靠硫细菌提供营养,在这二千多米的深海海底根本没有阳光,不可能进行光合作用,而且温度高、压力大,硫细菌从热液中取得地热的能量,支持着这种特殊的热液动物群,除蠕虫外还有瓣鳃类、螃蟹等等比较高等的生物,而且热液动物的新陈代谢特别快,远远高于靠阳光生长的生物群,以致于个体较大。

透过深海研究的结果发现,当今地球至少有两类生物群、两种食物链,而非单类生物群单种食物链:一类是我们习以为常、从太阳能支持的,生活在在常温和有光的环境下,靠着光合作用产生有机质;另一类则是靠地球本身(内源)能量,即地热支持,在高温和黑暗的环境下,靠化学作用维持;这两类生物群的能量来源和合成有机质的机制完全不同,提供了地球上众多生物起源途径的证据;在地球演化早期的大气属于还原性,不可能有靠光合作用的生物群,类似于现在热液生物群、依靠地球内热的生物,或许是当时地球上的生命体。

从地球的生命史来说,科学家们认为,最早的生命发生于卅多亿年前,这些生物活在被谑称为“原始汤”海洋内的简单细胞,至于这些最原始的生命,是否发源于“原始汤”内,或是由陨石彗星从外太空带来的,尚未有定论,以目前的证据来说,生命的确可以长期忍受外太空严酷的环境,何况,科学家曾经在南极捡到的一块从火星来的陨石内,发现了可疑类似于生物体的化石。

在大约7到6亿年之前的这段期间,地球曾经历过两次全球性的“冰雪地球(Snowball Earth)”事件:古城冰期(Sturtian)和南沱(Marinoan)冰期;在5.8亿年左右,还有一次规模较小较短、称为“盖兹其尔(Gaskiers)”的冰雪覆盖地球事件。

有趣的是,到目前为止,从出土的化石证据来看,地球上巨体生物(Macro Organism),似乎在地质学上称为埃迪卡拉纪(Ediacaran Period)期间(6.35~5.43亿年前)才开始出现,在此两次大冰期和以前的生物化石,都属于显微生物(Micro Organism)。

那么,接下来就有一个很值得探讨的问题出现了:为何到了大约6.1亿年前,地球上才出现巨体化石?换一句话说,到底在那个时候,地球怎么搞的,才有适合于这些多细胞相对复杂的生物出现?这到底是什么原因?从生命科学的角度来说,这是一个绝对重要无法闪遁的“大哉问”,地球上的生物,怎么会在这么短短的时间内,体型从显微级的变成一、二公尺的庞然大物?

而且,从目前已经发现的埃迪卡拉纪铸模化石(imprint/Cast Fossil)和实体化石(Body Fossil)的生物种数量以及这些生物的体型大小与构造来看,似乎可以这么说,地球上的第一次“生命大爆发(Life Explosion)”,也就是从显微生物演化到巨体生物,并非到比较晚五、六千万年后的“寒武纪大爆发(Cambrian Explosion)”才有的,亦即“埃迪卡拉纪大爆发(Ediacaran Explosion)”才是地球生命演化史上的第一次重大事件--从显微生物转到多细胞巨体生物。

若以体型大小来说,依照达尔文的进化说法,生物的体型大小,在演化早期,通常比较小,慢慢变大,然后又缩小(到灭绝);恐龙就是一个很好的典范:晚三叠纪/早侏罗纪恐龙刚出现的时候,相对来说,体型都不是太大,通常小于10公尺,可是到了早侏罗纪晚期和中侏罗纪的时段,巨型的恐龙就出现了,最大的如地震龙,可达50公尺长,然后到白垩纪晚期,恐龙快要下台的时候,暴龙也只约10公尺长;比照埃迪卡拉纪和寒武纪两次生命大爆发生物的体型大小,似乎和以上的说法有很大的出入,寒武纪的生物,除了奇虾等少数可达4-50公分之外,通常都不到10公分,可是,埃迪卡拉纪的生物,几十公分的是正常现象,还有不少超过一、二公尺的庞然大物,这两次生命大爆发明显的生物体型差异,不禁让人怀疑,进化学说的体型变化规则,到底需不需要修改一下?

接着下来,到了埃迪卡拉纪结束,进入寒武纪的时候,大约5.42亿年前,这些长相奇怪、体型较大、种类繁多的埃迪卡拉纪生物,似乎一瞬之间全部都灭绝了,虽然有科学家不完全接受此观点,但是在寒武纪大爆发的化石记录中,似乎找不到埃迪卡拉纪的生物化石,也是个无法否认的事实;那么,再一次出现了另一个“大哉问”:埃迪卡拉纪的生物死到那里去了?也就是说,到底在那时候,地球又怎么搞的?又发生了什么重大事件?以至于整个地球生物界的演化,全盘从头来过?哈!有科学家说,埃迪卡拉的生物,是上帝创世过程中的失败实验,此种论调,好像也没错到哪里去。

再者,这些埃迪卡拉生物,到底是靠什么能源方式存活的?太阳能或是化学能?或是另有其它取得能生命能源的方式?

总之,扩展我们对于生命的认知,不仅可从海底黑烟囱和深处岩石得到重要宝贵的事实资讯,更可以鉴古知今,透过埃迪卡拉实体化石,揭开更多的生命奥秘--光是探讨埃迪卡拉纪生物的出现、取得生命能源、和最终的灭绝,就需要很多科学家轮回好几世了。

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