《千面地球》：生命是岩石開出的花朵

《千面地球》，[美]羅伯特·黑森著，北京大學出版社2017年4月出版

■王重陽

羅伯特·黑森是享譽世界的礦物學家，史密斯學會的研究員，但更能體現他研究旨趣的身份是世界前沿科學學會成員（American Association for the Advancement of Science）。他在《千面地球》一書中提出的觀點，就具有十足的顛覆性。

他之前的生物學家和礦物學家都基本在各自的領域獨立探索，好像兩條平行的隧道。黑森砸破了兩者之間的壁壘，提出了一個非常激進的觀點，地球的獨特性體現在其豐富的礦物種類上，生命是地球的礦物如此豐富的重要原因。

這本書的故事主線是地球的演進，也涉及了一些其他行星，礦物從簡單到複雜，從形成太陽系的塵埃中的區區十幾種礦物到如今地球上所知礦物超過4500種——其中的三分之二，在無生命的世界上不可能存在。

黑森的團隊曾經就此在專業期刊《美國礦物學家》（American Mineralogist）上發表過一篇文章，提出了「礦物演化」的概念，意外地獲得了巨大的反響，當然也遭到很多懷疑和批評，難道火星確實只有500種礦物嗎？無生命世界的礦物確實不可能超過1500種嗎？假說提出來了，驗證還沒有完全展開。但月球和火星上的礦物的確遠比地球貧乏得多。

而之所以如此，就是因為地球上產生了生命，是生命的參與和作用，造就如此多的新礦物。

黑森有什麼證據支持他的假說呢？

作為礦學家，他非常了解世界上有很多專家，專攻許多不同類型的礦物。譬如緬因大學的地球科學研究教授埃德·格魯（Ed Grew），研究鈹和硼化物。格魯拿出了一份意義重大的圖表，顯示鈹礦物在時間中積累的數目，是由幾千份報告得到的發現。新礦物的巨大湧現，發生在大約18億年前到17億年前，這段期間，正處於超級大陸進行強烈的碰撞造山事件中，可見，活躍的地質活動是形成新礦物的搖籃。而那些「死了」的星球，譬如月亮，就無法這樣造礦。

格魯又拿出了一份更令人嘆為觀止的普查報告，涉及263種硼礦物。在25億年前的樣本中，只有少得可憐的20種左右，在大約21億年前硼礦物種類開始翻番，而5億年前則數量增加更快，這很可能是因為生命大爆發之後加速了新礦物的形成。

黑森發現，不僅僅是5億年來，新礦物和新物種都在蓬勃出現，而且還發現了其他的相關性。譬如，在22億年前，由於近海藻類的大量出現，空氣中開始出現了氧氣，而氧氣的出現則帶來了氧化事件，地表岩石中大量的鐵被氧化，使地表呈現出紅色。很顯然如果沒有生命，氧化鐵這種礦物就不會出現。接著，空氣中的氧氣和二氧化碳結合，形成碳酸，碳酸隨著雨水下降，侵蝕地表岩層，形成了最早的土壤，並且造成了近海的碳酸岩沉積等等。

生命還有可能造成更大的全球性改變。比方說距今8億年之後，由於海洋中大量藻類吸收二氧化碳，造成溫室氣體濃度急劇降低，地球開始變冷，引發了雪球效應，巨大的冰蓋伸展到熱帶。可見生命的作用之巨大。

在黑森之前，一直在生命起源領域中占支配地位的是米勒的「生命之湯」範式。米勒還因此獲得了諾貝爾獎。斯坦利·米勒（Stanley Miller）設計的那個簡單優雅的實驗，大概是科學史上最著名的實驗之一，全世界的報紙以煽情的大字標題報道。但米勒學派把生命起源只看成一個有機化學問題，完全沒有考慮到地球早期複雜多變的自然環境，也沒有考慮有機分子如何變成最原始的細胞的過程。

正如後來的研究所揭示的，原始地球的水體里，氨基酸和核酸分子並不罕見，關鍵是如何組裝成具有功能的生命結構。而米勒和他的支持者們似乎就是在說，原始海洋或者池塘里有這些有機分子，然後有機分子就自動組裝成了細胞，於是生命起源問題就真相大白了，這是不可能的，這太偷懶了。

黑森認為，這一過程恰恰離不開岩石。大多數生命基本材料不能自組織。但是它們能濃縮，排列在岩石和礦物的表面上，其方式是 「模板合成」。黑森及其團隊經過十年的實驗，表明生命的許多最關鍵的分子，其實是膠著在自然的礦物表面上。氨基酸、糖和DNA與RNA組件，吸附在玄武岩和花崗岩中的大多數普通造岩礦物上。如果沒有岩石提供溫床，有機分子就不會組裝成複雜的生命結構；而如果沒有後來生命進化的爆發，也不會形成如此豐富的礦物。

從這個意義上來說，生命其實是岩石表面開出的「花朵」，離開岩石的作用，生命或許就不會發生。

黑森在書中表達了他的遺憾，在揭示地球46億年的變化秘密時，礦物其實本應該處於核心的位置，只不過以前的地質學家太保守、太膽小，也太缺乏想象力而已。直到現在，絕大多數地質學家的工作似乎只服務於勘探和探礦，其實他們本應該承擔起和古生物學家、天文學家一樣重大的責任，那就是講述宏大的地球故事，甚至其他星球的故事。