揭秘4.7亿年前小行星爆炸与地球生命起源之谜

一颗小行星有可能改变了地球上的生命，你想起恐龙和巨大的陨石坑了吗?不不不，再往前倒4亿年。

那时候，生命的形式主要还是海洋生物，脊椎动物是后来才进化而来的。但与6600万年前杀死恐龙的小行星不同，这块早期的太空岩石从来就没有到达地球。相反，新的研究表明，在小行星带发生的一次碰撞给太阳系带来了大量尘埃，考虑到当时的一些其他变化，这使得地球上的生命得以蓬勃繁衍。

肯塔基大学古生物学家丽贝卡·弗里曼(Rebecca Freeman)说：“生命史上最重要的事件都是这样的，当时所有这些因素结合在一起形成了非常独特的环境，然后你就会觉得一件非常戏剧性的事件似乎只是因为一个非常戏剧性的原因，但实际上它的原因要复杂得多。”

科学家们想要解释的戏剧性事件是新物种的疯狂繁殖。那次被古生物学家称为奥陶纪生物大辐射事件的生命爆发发生在海洋里，那里主要居住着无脊椎生物。弗里曼说：“这确实是一个由无脊椎海洋生物主导的世界，食物链顶端的掠食者可能就是头足类动物了。”头足类动物很可能是现代鹦鹉螺的祖先亲戚，它也有着复杂的螺旋壳。

但当瑞典隆德大学的地质学家Birger Schmitz去寻找可以追溯到4.66亿年前的岩石时，他并不希望找到鹦鹉螺化石，他想找的是陨石化石。在过去的几十年里，他和他的同事们在瑞典的一个石灰石采石场发现了几十块这样的陨石化石。每一块化石都携带它自身的化学痕迹，而这些化学痕迹表明，这些陨石在大约4.7亿年前被加热过。所以科学家们一度认为，地球在4.7亿年前可能发生过一次大规模的小行星碰撞。

Schmitz说：“这25年来我都有一种直觉，我认为这种碰撞肯定在某种程度上对地球产生了影响，特别是对地球上的生命。我觉得肯定有某种联系。”所以他和他的团队对岩石进行了研究。在这篇论文中，研究人员利用了两个关键线索：一种特殊的氦和一种由陨石带到地球的矿物。

他们想要找到比陨石化石更难找到的东西：微陨石，微陨石和陨石一样，也会携带矿物铬铁矿。Schmitz说：“坠落到地球上的微陨石比大陨石多得多，所以我想到了一个我能想到的最疯狂的想法，其实也没那么夸张，但当时真的觉得很疯狂。”

这意味着团队必须采取极具破坏性的手段。Schmitz说：“如果你想在干草堆里找一根针，你会怎么做?很简单：你会把干草堆烧掉，这也是我们做的事情。”当草堆变成石灰石的时候，燃烧草堆就意味着把2870磅(1300公斤)的石灰石丢进盐酸里，把石灰石去掉，留下铬铁矿粒。他说：“铬铁矿在任何条件下都能安然无恙，它们在沉积物中待了5亿年，它们也经受住了我们所有的酸性处理。”

结果发现，铬铁矿颗粒和外来氦的含量在这一时期都急剧上升——但也不算是在同一时间。首先，这块岩石显示，外来铬铁矿的缓慢增长持续了200万年到400万年。其中，这一增长的一个子集显示，来自某一特定陨石类别的铬铁矿颗粒急剧增加，而增长的另一个子集则与Schmitz先前研究的陨石化石的出现相吻合。另外一个稍微有些扭曲的时间轴也记录了外来氦到达地球的时间。

对Schmitz来说，所有这些因素综合起来表明，一场发生在遥远太空的大规模小行星碰撞确实影响了地球上的生命。他和他的同事们认为，一颗直径近100英里(150公里)的小行星造成了这次碰撞分裂，并且使内部太阳系充满了陨石和小行星尘埃。较大的陨石会比较小的陨石更快地从碰撞点扩散开来。

研究小组提出了三种小行星碎片影响地球、使地球降温的假想方式。这些到达地球的微粒可能带了足够数量的铁进入海洋，使得海洋植物能够旺盛生长，大量地消耗大气中的二氧化碳(这与今天的情况正好相反)。也有可能是散布在太阳系的粒子阻挡了阳光到达地球，从而使地球降温。

研究小组提出的第三种可能性则认为这种困在地球大气层的宇宙尘埃可能会将太阳光反射到地球之外。英国利兹大学(University of Leeds)大气化学家约翰·普兰德(John Plane)专门研究行星大气中的宇宙尘埃，他还建立了升高尘埃水平对气候影响的模型，他表示，第三种假设的可能性是最高的。

Plane说，这项新研究中提出的宇宙尘埃水平大约是目前地球大气中宇宙尘埃水平的1000倍。“但很明显，如果你把这个水平提高1000倍的话，那么毫无疑问，地球会产生他们所说的所有影响。”

总的来说，Plane认为这项研究很有趣。他说：“他们提出了一个我认为相当有说服力的案例，但这个案例现在需要进行更详细地调查研究。我认为这项研究非常不错。”

不过这篇论文并没有把奥陶纪生物大辐射事件完全归因于小行星碎片。弗里曼说，这很好，因为许多其他因素也会在这个过程中发挥作用，比如海洋环流模式和海平面上升。她说，一个特别重要的因素就是当时陆地和海洋在地球表面的分布状况，范围覆盖赤道到南极的许多小型陆地可以为物种适应提供许多不同的生态位。

弗里曼说：“大陆的移动非常缓慢，而形成物种的重要因素之一就是隔离种群。你可以把这个小行星爆炸造成太空尘埃的设想与许多不同的事情联系起来，但有一件事你不能归因于小行星，那就是大陆的位置。”

她说，著名的恐龙灭绝场景让古生物学家怀疑小行星是其他事件的罪魁祸首。(尽管一些科学家认为其他因素也起着作用，但在这次撞击和大规模恐龙灭绝之间仍有明显的联系。)弗里曼说：“这让所有人都陷入了疯狂，他们试图把所有事情都归咎于陨石。作为学术界的一份子，我们可能已经不再想把一切都归咎于来自外太空的东西了，但它们在地球上确实也留下了一些非常棒的记录。”

Schmitz还可以根据这些记录来描述时间旅行者可能会在当时那个大海洋时代看到什么。

Schmitz说：“那时候可能会有更多陨石和流星。你可以站在那里不停地许愿，因为这么多的宇宙尘埃掉落地球会产生很多的流星。”

这项研究发表在9月18日出版的《科学进展》杂志上。