一直被忽視的“協(xié)同”

文｜尹傳紅

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在對(duì)地球礦物重新進(jìn)行分類(lèi)后，世界上的礦產(chǎn)資源可能比人們之前認(rèn)為的多出了4000余種。相關(guān)研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，大約一半的礦物多樣性是生物及其副產(chǎn)品的直接或間接結(jié)果，即生命幫助形成了地球上幾乎一半的礦物質(zhì)。這些新認(rèn)識(shí)，為我們弄清地球復(fù)雜的地質(zhì)歷史和生命的起源與演化，帶來(lái)了全新的啟示。

礦物的典型特征是擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。兩百多年來(lái)，對(duì)化學(xué)成分、密度、硬度、光學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)量，一直是礦物學(xué)家賴以生存的“手藝”。依照國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)經(jīng)典的、僅僅關(guān)注礦物晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的分類(lèi)方法，礦物學(xué)家認(rèn)定世界上大約有5800個(gè)礦物“種類(lèi)”。然而，依照《美國(guó)礦物學(xué)家》雜志新近刊出的兩篇論文所概述的新的礦物分類(lèi)系統(tǒng)，結(jié)合各種算法分析，科學(xué)家識(shí)別出了超過(guò)10500種不同類(lèi)型的礦物。

兩篇論文的主要作者是美國(guó)卡內(nèi)基研究所的高級(jí)研究員羅伯特·哈森和肖娜·莫里森。他們開(kāi)發(fā)的新的礦物分類(lèi)系統(tǒng)，特別關(guān)注礦物是如何形成的。該系統(tǒng)的應(yīng)用還確認(rèn)了地球的地質(zhì)發(fā)展和生命的進(jìn)化是如何相互影響的。

在研究中他們發(fā)現(xiàn)，生物是礦物形成的一個(gè)重要因素：三分之一的礦物完全是生物的一部分或副產(chǎn)品。比如骨頭、牙齒、珊瑚或腎結(jié)石，或者排泄物、木材、微生物墊以及其他有機(jī)物質(zhì)。數(shù)千種礦物以其他方式受到生物活動(dòng)的影響，比如工業(yè)燃煤中形成的鍺化合物。包括通過(guò)與生物副產(chǎn)品(比如光合作用產(chǎn)生的氧)的相互作用而產(chǎn)生的物質(zhì)，大約一半的礦物上都有生物的痕跡。

生命對(duì)地質(zhì)的全面影響，長(zhǎng)期以來(lái)卻一直被忽視。近年來(lái)，科學(xué)家在那些一直被認(rèn)為不適宜生命出現(xiàn)的地方，包括炎熱的火山口、酸性的池塘、北極冰層和平流層塵埃中，都發(fā)現(xiàn)了生物。

特別是20世紀(jì)地球和生命科學(xué)顛覆性的發(fā)現(xiàn)——深海熱液，以及與其伴生的深?；苌鷳B(tài)群的發(fā)現(xiàn)，徹底顛覆了“人類(lèi)生命只能依靠太陽(yáng)能”的基本概念。深海（水深超過(guò)200米的海域）是高壓、低溫、無(wú)光的地帶，也是地球生命所必需的養(yǎng)料和礦物質(zhì)的交換中心，地球的原始生命很可能起源于深海底部。這些都使礦物學(xué)成為探索生命起源和生存的關(guān)鍵要素。

哈森及其研究團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于探索礦物在生命遠(yuǎn)古的地球化學(xué)起源中可能的作用，并在2008 年提出了礦物演化假說(shuō)。他們認(rèn)為，礦物與生命之間，并不是兩條彼此獨(dú)立、平行的線，而是相互作用、共同演化。礦物為生命起源提供了重要線索并改變了生命，生命也改造著礦物，完成了從地球化學(xué)到生物化學(xué)的演變。

事實(shí)上，正是由于礦物與生命的協(xié)同演化、共同作用，才形成了我們今天所棲居的世界。地質(zhì)學(xué)和生物學(xué)的融合，亦是將地球科學(xué)和生命科學(xué)相連接，從而為我們理解和認(rèn)識(shí)生命起源、行星發(fā)展以及我們的地球家園，提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。

哈森所著《地球的故事》于2021年推出了中文版。該書(shū)有個(gè)副題：從一顆星塵到充滿生命的世界，45億年的地球演化史詩(shī)。它正是從礦物與生命協(xié)同演化的視角，來(lái)重新認(rèn)識(shí)我們所棲居的星球的。在哈森看來(lái)，了解地球地質(zhì)和生物歷史之間的相互作用，可以幫助我們預(yù)測(cè)我們星球上生命的未來(lái)，并為之做好準(zhǔn)備。