地球上生命会自我毁灭吗?

cj8759 · 发表于 2014-1-3 02:57:56

　　地球并不是抚育生命的母亲，它更像是要命的美狄亚。——生物学家Peter Ward
　　两艘“海盗号”分别于1976年和1977年在火星上成功登陆，他们的首要目标是去发现生命。众失所望的是，他们传回的数据显示的只是少许的冷水。火星的表面是荒芜的且不宜生存，那里并没有生命迹象。
　　对于James Lovelock和Diane Hitchcock这两位美国宇航局的科学家来说，这没什么可惊讶的。事实上，要是在火星上发现了什么生命迹象他们才会感到震惊呢。在海盗号登陆的十多年前，这两位大气科学家已经通过对火星大气层的观测推测出在那颗行星上可能不会有生命存在。
　　从他们的研究中产生的盖亚假说是20世纪最具影响的开创·X·科学思想之一，它是根据古希腊神话中的大地之神这个抚育生命的母亲来命名的。但这个假说正确吗？新的科学发现表明，地球上生命的本质并不是都和盖亚一样。如果我们非要选一个神话中的母亲形象来刻画生物圈的特·X·，美狄亚，这位阿尔戈英雄首领伊阿宋的恶毒的妻子，也许更加合适。她是一个女巫，一个公主，也是杀自己孩子的凶手。

　　盖亚假说的故事开始于20世纪60年代，当Lovelock和Hitchcock指出火星上的大气层处于一种化学平衡的状态——主要是惰·X·的二氧化碳，还是少量的氮气，以及非常少的氧气、甲烷和氢气。将其与地球上的大气层做一比较，他们认识到地球大气处于化学不平衡的状态，二氧化碳和氧气在不断变化。变化的主要原因是生命——光合作用将二氧化碳转化为氧气，而有氧新陈代谢则反而行之。如果没有生命，地球的大气层将根本·X·地由我们所呼吸的氧气充足维持生命的气体混合物变成像火星大气一样的不利于生命的化学平衡态。

　　地球上的大气并不仅仅是不断变动，它还是适宜生命繁衍的，而且数十亿年来都是这样。类似地，地表温度、酸度和海洋化学成分看起来在数十亿年也很稳定，在平均值上下徘徊，这使得地球可持续居住。考虑这些发现的意义，Lovelock开始拼凑一种新的生命观点以及其与主导它的星球的联系。尽管他专注研究的是地球，但他的观点可以应用在任何可居住的行星上，而且在他余下的职业生涯中他一直在琢磨这些。
　　简单地说，盖亚假说就是：生命作为一种聚集体以某一种方式与物理环境相互作用，这种方式不仅保持地球是宜居的，而且持续提升生命的生存环境。这是通过一系列类似于生态平衡的反馈系统实现的，运用这一机理活着的生物体能够保持一个稳定的内在环境。那些影响行星可否宜居的主要因素，如温度、海水和淡水的化学成分以及大气的组成等，它们并不仅是受到生命的影响，也受到反馈系统的控制。

　　随着时间的推进，Lovelock的观点得以演化，盖亚假说形成了几种不一样的形式。（见文后“盖亚的多种面孔”）在他第一篇文章发表的十年内，他将它的假说提升为科学·X·更强的盖亚理论。在20世纪70年代中，他这样描述他的观点：“盖亚理论是说：温度、氧化态、酸度以及岩石和水的某些特·X·被保持常值，而且这一平衡是通过生物群自动地和无意识地操纵主动反馈过程来保持的。”
　　Lovelock最终开始谈及这个可视作某种超有机体的行星自身。“全部范围的生命物质，大到鲸鱼和橡树，小到病毒和海藻，可以看作是他们构成了一个独立的生命统一体，这个统一体能够保持地球上的大气层适合自己一切的需要，而且所赋有的能力和力量都远在其构成部分之上，”在他1979年出版的专著《盖亚：地球生命的新写照》（Gaia: A new look at life on Earth）中他这样写道。换句话说，地球并非简简单单地是一颗庇护生命的行星，它本身也是活着的。

　　这个观点既简明又优雅，而且很快吸引了许多拥趸者，这些人既有科学家又有非科学家。一些研究者从盖亚理论中发现了一种思考有机成分和元素的循环的新方式。一部分人跟随Lovelock的引导，为“在这颗行星上生命控制着环境”这一观点寻找科学·X·的支撑。还有一部分人，主要是非科学研究人员，从中发现了一种新的观点，关于人类该怎样去联系起地球和余下的生命。一些人甚至从这一概念中看见了上帝的脸。
　　盖亚假说一直不停地引起科学家们的兴趣和争论——已经有三次国际会议致力于这一假说，最近的一次是在2006年。

　　尽管如此，研究科目正在改变。许多最近的发现对盖亚假说产生了严重怀疑。有两路研究尤其具有毁灭·X·：一种基于深时——对远古岩石的研究，另一种基于未来的模型。两者均推翻了盖亚预言的关键，并且提出地球的生命在反复忍受“美狄亚”事件——由生命本身引起的生物种类和数量的急剧减少，而且在未来的岁月中还将如此。

　　让我们首先转向深时发现。盖亚假说的倡导者所提出的最具影响力的观点之一是地球上的各种温度保持稳定和平稳是由于反馈机制的存在，这种反馈是由生命引起的，或者至少是由其助长的。
　　在这些各自不一样的“恒温器”中最最重要的一个是碳酸盐-硅酸盐风化循环。由于不断的火山活动，这是地球的一个特点，会给大气层不停地注入不定量的二氧化碳。二氧化碳是一种很有效力的温室气体。如果没有什么办法消除掉它，它将会使地球经历不可控制的升温过程，这将最终导致海水汽化——如同40亿年前金星的宿命。
　　二氧化碳的消除主要是靠诸如花岗岩这样的富硅酸盐岩石的化学风化过程。这种风化是与二氧化碳发生化学反应，将这种气体从大气中转化出来，并以石灰石（碳酸钙）固定下来。
　　这种反应的速率因陆地植物而增加，它们的根可以破坏岩石以使得水和二氧化碳可以渗透进去。此外，植物也直接通过光合作用消耗大气中的二氧化碳。

　　到目前为止，一直还符合盖亚假说。但是根据科学家们对过去全球温度比以往任何时候更精确的估计来看，倒并没怎么发现盖亚理论所预言的稳定·X·。实际上，由于新物种的进化，地球温度的变化就像过山车一样。

　　例如，大约23亿年前，地球忍受了一个持续了1亿年的漫长冰川时期。海洋完全被冻住了，形成了一个“冰雪地球”。这一起因是生命本身。大约在这个时期的2亿年前，进化开始用一种新的方式来维持生命，即光合作用，它利用太阳光中的能量将无机的二氧化碳转化成糖类。光合微生物将大量的可吸收热量的二氧化碳从大气中吸走了，以至于这颗行星跌入了冰窟。
　　最初的多细胞植物的进化所带来的第二幕冰雪地球时期发生在7亿年以前。一段时间以后，陆地植物的进化给了气候一个双重打击。他们的深根显著地提高了风化速率，而且光合作用也减少了二氧化碳的含量。结果是，在泥盆纪（4亿1600万年前到3亿6000万年前）末期森林的出现之后不久，地球进入了长达5000万年的冰河时期。这个温暖年轻的行星很快地降下温来，大量的生命灭亡。这并不是一个符合盖亚假说的结果。

　　事实上，自生命存在之时起，它就一直能够毁坏自己。Charles Darwin把新产生的生命形式融入这个世界的过程，想象成一个楔子轻松地进入一个狭窄的空凹处然后渐渐将其撑开的过程。一部分生命的确是这样，但是其余的却像大锤，在他们所到之处毁灭生命之树的一切分支。
　　自从有了最早的生命以来情况就一直是这样的。我们认为，大约在37亿年前的一场“沼气危机”几乎彻底毁灭了地球上的生命，差不多从它一开始就是这样。释放沼气的微生物使得大气笼罩着一层烟雾，并挡住了太阳。
　　恐怕最恶劣的美狄亚事件与第一幕冰雪地球一样，是由相同的生物变革促成的，即光合作用的进展和与之相伴的大气中氧气的增加。对于25亿年前构成生命的微生物来说，氧气就是一种致命的毒药，直到那个时候开始，生物体才能够适应它。随着光合作用的进展，这一大规模杀伤武器被启动起来，造成了第一次，恐怕也是最极端的一次大灭绝事件。生命被毁灭了。幸存下来的都是光合生物和微生物，它们迅速地进化以适应氧气。

　　一些新的研究成果是对盖亚假说更大的否定，这些成果是对5亿6500万年前自动物进化以来发生的灭绝事件的研究得到的，其中包括5次大规模和差不多10次较小规模的灭绝。

　　1980年，地理学家公布了一个开创·X·的发现：6500万年前的白垩纪/第三纪大灭绝是由于一颗小行星撞击地球引起的，有一个观点很快地变成了正统说法，即：一切大灭绝都是由地球外事件造成的，不管是冲撞，还是在4亿4300万年前奥陶纪灭绝事件情况下的伽马射线爆发。这类事件被称为“盖亚空档”，因为生命是没有办法对他们做出准备的。
　　研究者很快认识到陨石坑与大灭绝事件有着明显的联系，这包括2亿5100万年前宏大的二叠纪/三叠纪事件以及2亿年前的三叠纪/侏罗纪事件。但是，撞击引起大灭绝这一论据也是经不起推敲的。如今，大多数的事件被看作是“细菌引起的”大灭绝，这是由于大量的细菌释放出有毒的硫化氢气体导致的。海洋是在全球急剧升温的地质幕出现的，如二叠纪的后期，这个时期延长的火山活动往大气中注入了大量的二氧化碳。这些细菌就在这S寂的海水中茁壮成长。根据盖亚理论，生命应该缓和掉这些事件，但是事实并非如此。它们的存在似乎在强烈地支持美狄亚观点，而与盖亚背道而驰。可论证地是，与生命历史上许多其他的事件一样，人类主导的大灭绝现在正在我们周围进行着。

　　“生命似乎在追求自我的终结，拖着地球回归到了无生机”
　　未来是什么样子呢？这里我们还是可以驳斥盖亚假说，而且这恐怕也是最有趣和最震撼的发现了。生命似乎在积极地追求它自己的终结，拖着地球走近必然来临的一天，那个时候地球将回归它的原点：了无生机。
　　怎么会这样呢？首先，太阳正在越变越热，它的光照强度已经在过去的45亿年增加约30%，而且还将继续增加下去。由于太阳持续更强的光照，这将造成全球升温，增加硅酸盐岩石的风化——风化的速率随着温度的上升而增大。再加之光合作用和植物的根的作用，将会使二氧化碳以比以往更快的速度在大气中消除。
　　灾难来袭
　　起先，二氧化碳的消除将缓和太阳引起的温度上升，但是可能在5亿年后会有这样的一个时期到来，那个时侯大气中将没有足够多的二氧化碳来进行光合作用。当那不幸的一天到来，我们的所知的世界将迎来一个非常明了的末日。