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讓岩石告訴我們(上)——科學故事

讓岩石告訴我們(上)
——科學故事

其中最具代表性的是三葉蟲。
根據岩石的記錄,地質學家們把整個地球的歷史分成兩個元:隱生元和顯生元。
當人類的科學意識逐漸強化,便從岩石中發現了更多過去的歷史。於是,依賴岩石的實證和大胆的想象,人類逐步建立起關於生命起源、關於地球生成的數十億年的歷史。
未來,作為正在發生的歷史,可以用文字和別的方式記錄下來,比如,在各種博物館中陳列的實物,或者大量的數字式的音像材料。也許,到了不遠的將來,我們甚至能把事件正在發生時的很多感覺都保存下來,比如觸覺與氣味之類,科學使我們相信這一切並不是遙不可及的夢想。
四十六億年?那是一個怎樣的概念?
溫血動物的新陳代謝速率加快,使身體像一台發動機一樣產生連續不斷的熱能,加上皮毛,加上皮下脂肪層,可以耐受冷血動物無法生存的低溫環境。但是,為了保持體內熱能的連續產生,所有溫血動物都需要以很高的頻率不斷進食,否則就會死於飢餓。而屬於冷血動物的大蟒在一年裡,只要飽餐一頓就可以生存下去了。
用這種方法測定出的一塊最古老的岩石年齡將近四十億年,這塊地球上已知最老的岩石發現於冰天雪地的格陵蘭島。
化石告訴我們:兩億至四億年前,三葉蟲等原始生物退出生命舞台,海洋里的魚變成了一種品種繁多的龐大家族。其中一些進化出了肺和鰭,其中一部分又進而變成了兩棲動物。陸地上長出了森林,其中出沒著眾多體積龐大的昆蟲。
隱生元時期:從最古老read•99csw.com的岩石年代直到大約六億年前的漫長歲月。這一時期留下來的岩石在地球表面通常出現在古山脈受到侵蝕因而暴露出內部岩芯的地方,或是地表出現很深裂谷之處,尋找起來頗費功夫。現在科學家們通常是用打石油鑽井那種方法,用特製的探管從地層深處抽取岩芯,一段段的岩芯連接起來,像樹木年輪一樣,真實地記錄著豐富的地球演化信息。
化石告訴我們:四億至五億年前的海洋仍然是三葉蟲們的世界。但海星、蛤、珊瑚等登上了生命舞台。對我們最重要的是,海洋里進化出了原始魚,即最初的脊椎動物。
測定岩石年齡所用的方法是放射性測定法。
化石很早就存在了,為什麼只是在現代科學體系中才具有了生命進化證據的意義?道理非常簡單,在人類漫長的蒙昧時代,因為沒有科學觀念的統領,化石就僅僅是一些奇異的石頭而已。在一些文化中,常把化石當成神物來供奉;有些文化則把化石當成具有神秘功效的藥物使用。古老的中國醫學就曾把脊椎動物化石稱為「龍骨」,在醫療實踐中有著廣泛的運用。當人類有了科學的信念,認為地球上的生命並非上帝創造的奇迹,眾多紛繁的生命線索都可以在時間深處上溯到一個相同的起源時,這些零碎雜亂的化石碎片便拼貼成生命進化的動人畫卷。
新生代的鳥類與哺乳動物由冷血進化為溫血。這在生命進化史上是一個了不起的進步。溫血動物與冷血動物相比,可以在一定幅度內控制自己的體溫。read•99csw•com比如沙漠上的小蜥蝎,在強烈的陽光下,必須在很短的時間內從一片蔭涼跑到另一片蔭涼,否則幾分鐘內就會因陽光照射導致體溫升高而死去;但溫血動物卻可以在同樣條件下堅持幾小時甚至更長的時間。生物進化的原則就是適應性,鳥類與哺乳動物進化為溫血動物,使其能夠適應更加多樣的環境,迎接自然界更嚴酷的甄選。於是,在七千萬年前,溫血動物終於統治了世界。
人類是喜歡回顧來路的,這條來路便是成為過去的歷史。
巴比倫人則把一部法典鐫刻在石頭之上。
三葉蟲有許多細長的腿,可以支撐其身體在海底的軟泥上爬行。三葉蟲還有像今天的鱟一樣的殼,分節的身體可以方便地蜷縮成球形,使其可以防禦來自外界的衝擊。三葉蟲在動物學分類上是節肢類動物,而當時人類所屬的脊索門動物的祖先們還在黑暗的大海里四處漫遊。這些祖先的形狀是像一條蠕蟲,還是像一顆海星,因為沒有化石提供的證據,科學家們還不敢妄斷。這是前寒武紀的生命圖景。
中生代是爬行動物的天堂,最初的鳥類與哺乳動物也在這時出現。
中生代最典型的生物當然是恐龍。它們統治地球有一億五千萬年之久。恐龍的故事也是化石告訴我們的。現在差不多在世界上任何一塊大陸上,都發現了它們巨大的骨骼。大部分的恐龍化石來自於那些中生代沼澤。隨著地球滄海桑田的巨變,沼澤的淤泥變成了岩石。陷入其中的恐龍骨骸也便一同石化了。參觀自貢蓋在發掘現場上的博物館,https://read.99csw.com數十萬年間岩層與恐龍化石同時累積給人一種深刻的震撼。最近,在美國還展出了一對正在搏鬥中的恐龍化石。生物考古學家們認為,這對恐龍正在山下殊死搏鬥時,被巨大的山體崩塌瞬間掩埋。也是岩石的記錄告訴我們,中生代晚期,我們曾在科幻電影中看見的小行星撞擊地球的一幕曾在地球上演,巨大浩劫的結果便是恐龍的滅絕。
古生代從距今約六億年前開始,那時,地球上陸地構成為四個大洲。地表十分荒涼,只是在靠近大海的地方開始出現一些原始的地衣。它們缺少從乾燥的土壤中吸取水分與養料的根莖與脈管,所以只能生長在潮濕的低地。但在海水中,生命的戲劇上演得轟轟烈烈,簡單的有機化合物進化到單細胞生物,再進化到多細胞生物,一些生物體重達到好幾公斤,這已經是單細胞生物的幾十億倍了。
當人類考察自己的生命歷史時,發現根本無法將其與地球的歷史剝離開來,於是,科學家們便把眼光投向了一個更宏大的存在,開始追尋地球起源的秘密。其中一個最基本的問題是,地球的年齡到底有多大?科學家們不約而同都希望從岩石中獲得這個問題的答案。
科學家們把這四十六億年想象為十二個月。這樣的話,地球生成岩石硬殼是在2月;最早的生命體可能出現在4月;恐龍統治的全盛期應該是12月中旬。如果說人類真像大多數學者所認為的那樣,兩百多萬年前從類人猿開始進化,那麼,這段歷史相當於從12月31日22時以後才開始。至於說到人類及九-九-藏-書其近親的出現,就算我們很慷慨地為自己給出五萬年時間,那也不過是這一年裡的最後五分鐘罷了。
當我們回顧過去時,卻發現只有幾千年的文字記載。文字記載之前呢?生命與世界固然是一種客觀存在,但這種歷史未能通過某種記錄方式進入人類的集體意識時,這個歷史就是不存在的。自從人類有了記載與想象能力,就開始對我們意識建立之前就久遠存在的歷史進行想象與重建。最早的努力便是神話與宗教。《聖經》中有很多部分,就被認為是人類關於史前記憶的一種恢復。中國神話體系更加浪漫;從開天闢地到地理人文,沒有這樣一個似是而非的龐大體系的支撐,詩人屈原不會寫出《天問》這樣恢宏的由眾多設問構成的詩章。我猜想,如果屈原是一個權力巨大的帝王,就會把這眾多翩然而至的疑問銘刻於一面巨大的懸崖之上。秦始皇東巡泰山,就命人勒石留下永久的紀念。在那個時代人們的認知水平中,能夠與天地同在的,除了從岩石中提煉出來的青銅,就是岩石本身了。
隱生元岩石中的化石是少數幾種藍綠藻及某些細菌群落,動物化石則主要是古代水母和多節蠕蟲。就是這些化石佐證了科學家們的假想,生命來源於水。因為這些化石全部來自原始海洋。這些化石還告訴我們,早期的水中生命身上完全沒有角質硬殼或者骨骼之類的硬質體,所以作為化石保留下來的概率便極其微小。
當然,我們並不能以這塊岩石來判定地球的年紀,因為地球廣大表面的任意一處都可能隱藏著比這塊格陵蘭石頭更古老的https://read•99csw.com岩石。更重要的問題是,地球在形成初期,從裡到外都處於熔融的狀態,要測定形成岩石以前的年代,就只能藉助一些間接的方式來巧妙地回答這個問題:比如,依靠來自太陽系內的隕石來間接證明。目前得到的太陽系隕石的年齡為四十五億至四十七億年。一般來說,太陽系的成員的形成應該是同一時期,所以,地質學家們得出結論說,岩石告訴我們的第一個最大的問題是:地球的年齡至少有四十六億年。
科學家們把顯生元分為古生代、中生代和新生代三個階段。
放射性元素具有非常準確的衰變周期。放射性物質的原子會緩慢但持續穩定地一個一個轉變為更穩定的元素。比如放射性碳,會逐步轉化為氮。經過五千七百三十年,放射性碳會準確無誤地失去一半的放射性物質。經過又一個五千七百三十年,其中的放射性物質又會減少一半。如此循環往複,直到所有的放射性元素全部轉化。最早,放射性碳測定法廣泛應用於對文物年代的鑒定,但地質學家們需要研究的年代卻要漫長許多。因此必須尋求半衰期長到數百萬年甚至幾十億年的別的放射性物質。地質學家們常常用來測定岩石年齡的放射性元素是鈾。鈾分佈在地球表面的各個角落。每過二十二億五千萬年,鈾的同位素會衰減四分之一。
到了顯生元時期,化石告訴我們的東西便越來越多了。所有被發掘的化石差不多可以構成完整的生命進化譜系。
故事進展到這裏,我們知道,生命進化史上的一個奇迹:人,就要出現了。而人類近親及人類的出現依然要岩石來告訴我們。