【地球科學】我們都是從石頭裡蹦出來的

■讓我們對花崗岩一鞠躬!最近有份新研究指出,就因為在好幾十億年前的超大陸(supercontinent)上,有富含金屬的花崗岩形成,接著受到侵蝕分解,多細胞生物的演化才能順利展開,而人類當然也是這樣才出現的。

帕諾的研究指出,從19億年前起,富含金屬的花崗岩(即類似圖中這些芬蘭的風化岩石,其中小圖為經過拋光的樣本)就開始大量出現並侵蝕分解,替多細胞生命 的演化鋪路。 圖片出處:Rajankulkija2/Creative Commons(小圖)Lysippos/Wikimedia Commons

編譯│汪芃

地球上很長一段時間都只有單細胞生物存在。英國亞伯丁大學(University of Aberdeen)的地球學家約翰.帕諾(John Parnell)表示,多細胞生物由單細胞生物演化而成,而這兩類生物都需要特定種類的蛋白質才能演化;這些蛋白質要有重金屬元素才能合成,尤其需要銅、鋅和鉬。先前的研究都認為多細胞生物出現的時間約在16億到12億年前,學者都認為在多細胞生物出現之前,這些重要金屬都位於距離單細胞生物很遠的地方,例如可能在氧氣稀薄的深海中,或埋在地殼的古老礦藏中,直到後來時機到了,才得以被侵蝕並釋放出來。

但現在帕諾和他的研究同仁提出了另一個說法,而且與新的地質證據吻合──19億年前,地球的陸地相撞,撞出哥倫比亞大陸這塊超大陸,接著便有一種罕見的花崗岩大量形成,而前述生物演化不可或缺的必需金屬(essential metals)就是從這些花崗岩釋放出來的。花崗岩的化學組成很特殊,礦床中的金屬成分並非均勻分布在石頭中,而是集中成塊,因此侵蝕釋放的速度很慢。帕諾的研究團隊分析後發現,這種罕見花崗岩的礦床約成形於18億至13億年前,因為當時地殼深處的熔料上升到接近地表的地方並結晶成形。

根據研究人員指出,世界各地的地質紀錄都有豐富的證據顯示,這種花崗岩幾乎一成形便開始侵蝕分解,內含的各種金屬元素便釋出到海岸和低地環境中。舉例來說,檢測古代海床沉積岩的鍶同位素比例就可發現,哥倫比亞大陸的侵蝕高峰正是19億年前,此外大約在17億年前,有大量硫酸鹽礦物開始成形,其中尤以乾燥環境中富含礦物質的水體蒸發產生的硫酸鹽類為大宗,硫酸鹽礦物大量形成,正代表富含礦物的沉積岩裡面的金屬硫化物已受到侵蝕,裡頭的金屬才得以釋放出來。帕諾的研究團隊推測,單細胞生物體內的金屬結合蛋白便吸收這些微量金屬,而這類蛋白正是多細胞生物演化的關鍵。帕諾這份研究已於6月8日發表在《地質學》(Geology)期刊網站上。

美國亞利桑納州立大學天普分校(Arizona State University, Tempe)的生物地球化學家愛瑞歐.安巴爾(Ariel Anbar)表示,這個研究成果「非常有趣,非常奇妙」。安巴爾指出,雖然地球大氣層的氧氣濃度在24億年前開始提高,亦即顯然從那時起,金屬受侵蝕、釋放到環境中的速度便開始加快,但這些新形成的花崗岩絕對是金屬元素的另一個來源沒錯。

微生物生理學家克里斯.杜朋(Chris Dupont)指出,這項新發現提供我們一個瞭解地質化學演化歷程的新途徑,他說:「這個假設是滿吸引人。」但他補充說明:多細胞生物也很可能在哥倫比亞大陸周圍的淺水域誕生,雖然該環境的必需金屬元素相較之下比較稀少,但多細胞生物也許仍舊湊合著演化出來,而不是吸收什麼花崗岩裡的金屬。杜朋任職於加州聖地牙哥的克來格.凡特研究中心(J. Craig Venter Institute)。

杜朋說,現代生物基因檢驗的結果指出,多細胞生命之所以能出現,最重要的功臣就是蛋白質,尤其是需要鋅的蛋白質,而這種蛋白質演化出來的時間很晚,約在16億至12億年前才出現。「所以在那之前,地球生命的演化一直很慢,直到那個時期才開始突飛猛進。但是難題在於我們不知道當時海中的金屬濃度,也必須研究出這些金屬元素的來源。」
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 研究出處:You Owe Your Life to Rock

責任編輯:Nita Hsu


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