地球科学：共同进化的传说

 

（翻译 周春银；原文作者 A.D.Anbar；来源 Science）

 

 

起源之迹. 哈森将这些形成了大面积太古宙条带状含铁建造（如这块来自澳大利亚的抛光过得样品）的铁的微生物氧化作用，看作是地圈和生物圈令人称奇的共同进化作用。

 

年轻的地质学家很早就认识到这是一门与众不同的科学。在化学、物理和生物领域，研究对象以及影响他们的力量往往都是近在咫尺。通过不断努力，它们可以被各自隔离开来，进行分析和实验。地质学家，正坚持不懈地探索地球是如何演化至现阶段的，面临着一个别样的挑战。我们的研究对象难于各自隔离开来，而影响他们的这些力量因素在时间上也是遥不可及。由于通常都是遥不可及的，因此要进行实验也是不可能的。所以，我们必须拼凑蛛丝马迹的证据来呈现地球历史上最可能的故事。

 

在《地球故事》（The Story of Earth）一书中，罗伯特 哈森（Robert Hazen）以一个作者的出众才华向大家展示了该故事的最新发展状况。作为一名在世界许多一流研究机构工作过的矿物学家，哈森拥有一项独一无二的优势。他运用自如，从各种广泛的尺度讲述了一个纵贯寰宇的故事，从星球元素的诞生到对我们未来世界可居性的沉思。

 

对地球历史尚不太熟悉的朋友会发现哈森的启示录，而对此已经比较了解的朋友则会从他讲述的故事中得到娱悦。他的写作形象而生动，尤其是他所想象的地球最早期的炼狱般的景象。各章节根据个人奇闻轶事和公正评价而细心组织起来，部分章节还专门采用了彩图，如哈森回顾生命起源研究先驱史丹利 米勒（Stanley Miller）和其他科学家（包括哈森在内）关于深海火山口处的反应作用能够创造生命机体的发现上的争论一节。在这里以及别处，该书将会令那些习惯于对科学进行教科书式描述的读者大开眼界，而使其他读者感到娱悦。一次好的交锋争论通常有助于激发阅读。

 

但是哈森则着眼于更高的目标而不是仅仅的说教和娱乐。他想传输的是自开天以来生命和无机地球的“共同进化”的思想。尽管正如封面所承诺的，这并不算是一个“根本性的新方法”——在最近，这已经被显著囊括于詹姆斯 洛夫洛克（James Lovelock）的著作中（1）——而哈森以矿物为中心的观点则是全新的。恰如哈森及其同事在2008年的综述文章《矿物演化》（2）中所首先阐述的，该观点集中关注的是供生命起源以及早期演化的矿物表面的重要性，和不断演化的生物圈对矿物形成和分化的作用。生成O₂的光合作用的演化以及随后的地球历史大约半程中的“大氧化事件”可能具有重要的影响作用。哈森认为，现今地球上大部分矿物的存在都是因为生物会在地球表层环境中引起广泛的氧化作用。他将矿物学重塑为一门历史科学，而这对于我们认识地球上生命的历史具有重要意义。

 

除了以上这些特点，《地球故事》并不是一般所想象的那种书籍。一般的读者都会有一点点谨慎，因为在部分地区该书含一些可能会导致误解的表述。例如，哈森说火山热点（hotspots）起源于“核幔边界处炽热岩浆地幔柱”的上升，而实际上形成岩浆的这些熔融作用产生于近地表。他写道，RuBisCO酶（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶）像含有叶绿素一样“吸收太阳能”，而这个酶实际上是与光无关的卡尔文循环（利用来源于太阳能的ADP(二磷酸腺苷)和NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)）的一部分。以及当他认为“目前引入的所有类型的化学键…都称为离子键”，这显然包括了前两页中所介绍的硅-氧键（大部分化学和矿物学初学者所学过的则是共价键）。诚然，为外行读者进行生动的写作要做到精益求精的确是比较困难的。但是，这些误解也是可以避免的。

 

同行科学家对这些细节同样要谨慎。例如，当介绍大氧化事件时，哈森在关于有机生物标志证据的论述中混淆了藿烷和藿烷醇。（前者发现于岩石中，而后者则是它们的生化前体。）又如他认为在27亿年的岩石中藿烷的发现是真核生物的证据，而实际上该证据来源于甾烷的发现。更进一步，他并没有介绍有关的传统观点，即甾烷的出现意味着O₂出现于大氧化事件很久之前，因为目前我们知道它们的类固醇前体的生物合成作用需要O₂。这一疏漏是非常明显的，因为哈森强调说，其他早期O₂证据，即本文作者和其他专家在25亿年麦克雷山页岩中所发现的证据（3，4），已经受到了他2008年综述中观点的挑战。为什么这会成为矛盾呢？为什么要脱离麦克雷山的研究呢？该书中所提出的解释是难于令人信服的。细心的读者渴望脚注或章注来帮助他们进一步挖掘。

 

然而，以上这些都不算是特别重大的缺陷。哈森是一个善于讲故事的人，他有许多故事可以讲，因此我推荐《地球故事》一书。但是正如对待众多小说家的故事传记一样，应该为获取灵感而读，而不要当作最终的、权威的话语（read it for inspiration but not as the final, authoritative word）。

 

参考文献：

 

1. J. Lovelock, Gaia: A New Look at Life on Earth (Oxford Univ. Press, Oxford, ed. 3, 2000).

2. R. M. Hazen et al., Am. Mineral. 93, 1693 (2008).

3. A. J. Kaufman et al., Science 317, 1900 (2007).

4. A. D. Anbar et al., Science 317, 1903 (2007).

 

原文链接：A Coevolutionary Tale： http://www.sciencemag.org/content/337/6102/1606.full

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