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地球曾经发生过奇怪的事情,而热带岩石中的落石就是第一线索之一。
落石是落在海床上的岩石,有时作用力太大以至于沉积物变形。但这些岩石中本不应该有任何落石。冰川是落石最常见的来源。冰盖的腹部像蜱一样收集岩石,然后在入海时将岩石脱落。但是含有落石的岩石是在间歇性炎热的热带水域下形成的,这可以从散布在它们中间的石灰岩带明显看出。显然,热带地区肯定不可能有冰川,对吧?
1989年,加州理工学院地质学家Joe Kirschvink研究了这些已经存在了几十年的现象证据,并提出了一个新假设:雪球地球。这个想法是,我们的星球在大约6.5-7亿年前曾经被完全包裹在厚达一千米的冰层中。各地的地表温度都远低于零摄氏度,而生命,无论当时采取何种简单形式,都必须应对这种环境。
有证据表明,这场灾难发生了不只一次,而是两次。第一次进程似乎持续了大约 5800万年——我觉得有必要指出,这是霸王龙存在时间(仅仅240万年)的24倍多。1000万年后的第二个雪球又持续了500-1500万年。尽管部分冰川在数亿年之后,接近我们自己时代的时期,会定期进入温带,但据我们所知,冰将永远不会再次吞噬地球。
今年1月发表的一项关于化石的研究,为这个假设添加了一个有趣的细节:洞穴真菌可能帮助地球走出了第二个雪球时期。如果属实,这也将是值得注意的,因为最早确定的陆生真菌化石可以追溯到2亿多年之后。

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如果你承认这颗星球曾经被冻结成固体,那么一旦所有厚重的冰融化,这些没有负担的土地就会反弹并沐浴在新鲜空气中。落在新裸岩上的雨水使岩石表面风化,同时也渗入裂缝,形成洞穴。
科学家们在今年1月的《自然通讯》(Nature Communications)上报道称,正是在中国埃迪卡拉纪斗山沱岩层中,那些他们宣称的洞穴遗迹内,他们发现了洞穴的形成和黄铁矿石化细丝,后者在他们看来很像真菌(我同意这一点)。
这其中有分叉和融合的弯曲细丝(包括A形和H形结构),以及有时似乎在互相寻找的小枝芽;空心球单独或成链(孢子?)融合到细丝中并位于它们的末端;还有两种不同尺寸的纤维,意味着至少有两个物种。纤维也缺乏称为隔膜的内壁,这些隔膜通常将这些管状结构分成细胞。
研究作者说,今天有几种真菌具有这组确切的特征,而其他生物群则没有。此外,弯曲的细丝似乎排除了任何类似非生物的可能。对物理真菌化石冒名顶替者的研究表明,它们的宽度一致,而真正的真菌往往更窄,并且可能有多种尺寸。
外部证据表明真菌解释是合理的。分子钟使用计算出的DNA突变率来估计各种生物群的进化时间,其结果表明真菌的年龄可能为9-15亿年。
作者推测,在空洞形成后不久,石笋、钟乳石和葡萄状葡萄孢属等结构覆盖在其洞壁上,并被真菌和其他微生物定植和催化;化石中被细丝穿透的大球体可能是某种共生体或食物。值得注意的是,现代洞穴的形成含有类似的微生物,包括类似于化石的真菌。
现代真菌以能够开采岩石和提取营养物质的能力而闻名。如果刚脱离雪球的地球中发霉的岩石袋在地理上分布广泛,那么这种生命将加速风化已在地表的大陆岩石,并将磷(一种肥料)输送到海洋中。由此产生的水华爆发会将氧气泵入空气中。值得注意的是,当时大气中的氧气含量似乎比雪球地球之前的低得多。
不久之后,所有能够利用新的自由氧化还原能力的生命形式就会抓住机会,这一事件被称为寒武纪大爆炸。在雪球地球之前,最复杂的生命——经过35亿多年的进化——似乎是一块海绵。在雪球地球之后,出现了泰坦龙、水杉和巨大的真菌。这之间是否存在联系,是否涉及所有额外的氧气?这是一个活跃的研究课题。

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更广泛地说,我们最近才意识到我们的星球可能经历了5800万年的冰冻阶段,这一事实令人不安,因为它意味着我们不知道的事情和我们知道的事情一样多。 我曾经听过一位古典主义者的演讲,他声称,鉴于少得可怜的剩余证据,我们对古代人类世界的了解类似于通过钥匙孔窥视凡尔赛宫所能发现的内容。
古生物学也是如此,尤其是骨骼和贝壳之前的生命古生物学,或者是遥远和陌生环境下的地球地质学。地质学家Paul Hoffman告诉Astronomy,在Joe Kirschvink第一次提出雪球假说并与他分享后,他们花了一段时间才有所行动,因为这样的场景与已知的地球历史如此不同,以至于他们不知道岩石记录中的任何特定证据是支持还是反对该假说。
如果我们在有岩石记录的地方辨别地球历史上的重大事件已经证明是困难的,那么因为相关的岩石已经不存在或目前不在地表,我们对地球的历史和“用户手册”还有什么不了解的呢?例如,地球的大部分地区似乎都缺乏令人痛心的长达10亿年的地质记录,地质学家将这一明显遗漏称为大不整合,听起来有点不祥。他们争论为什么它会遗失,但它遗失的简单事实让我更担心。这就像地球在其25%的生命周期发生了翻天覆地的变化,而它“完全不记得”发生了什么或它的钥匙在哪里。
所以,我们必须感谢我们的星球所拥有的记忆。如果这里给出的解释是正确的话,落石和岩石口袋描绘了一幅生动的画面:一颗类似木卫二的行星蜕变成一组新刮过的风化大陆,充满发霉的洞穴,在地球有史以来最大的生命爆发之前,悄悄地给海洋施肥,给大气充氧。
撰文:Jennifer Frazer,美国科学促进会科学新闻奖获奖科学作家,为《科学美国人》撰写了《巧妙的变形虫》博客。她拥有生物学、植物病理学和科学写作学位。
翻译:魏书豪
审校:郭晓
引进来源:科学美国人

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