如果撞擊不是造成這些大滅絕的原因，那么究竟是什么導致了生物的大規(guī)模死亡呢？新一類證據(jù)表明，地球本身就可以消滅棲息在它上面的生物，而且這樣的慘劇可能已經發(fā)生過了。

　　哲學家兼歷史學家托馬斯•S•庫恩(Thomas S. Kuhn)曾經指出，科學秩序很像有機生物體：它們并不是緩慢而連續(xù)地進化，而是在很長一段時間內保持穩(wěn)定，然后被罕見的突然變革打斷——對生物體來說，這種變革就是新物種的出現(xiàn)；對科學而言，變革則是新理論的提出。這種描述特別適合我的研究領域——生物大滅絕的原因與結果。生物大滅絕就是生物界的周期性劇變——地球上大部分生命消失，此后再也沒有出現(xiàn)過任何相同的生物。

　　200多年前，人們首次認識到歷史上發(fā)生過生物大滅絕事件。古生物學家曾經相信，生物大滅絕是一個逐漸發(fā)生的過程，是氣候變化和捕食、競爭及疾病等生物因素綜合作用的結果。但是，對生物大滅絕的理解在1980年經歷了一場“庫恩式”革命：那一年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的地質學家沃爾特•阿爾瓦雷斯(Walter Alvarez)領導的研究小組指出，著名的恐龍滅絕事件是在6,500萬年前的一場生態(tài)災難中迅速發(fā)生的，當時一顆小行星撞擊了地球，引發(fā)了這場大災難。隨后20年間，人們廣泛接受了來自太空的火流星(bolide)可以重創(chuàng)地球上大部分生命的觀點；許多研究人員最終認為，在5次最大規(guī)模的生物滅絕事件中，至少有3次可能是宇宙碎石造成的。隨著《天地大沖撞》(Deep Impact)和《世界末日》(Armageddon)等好萊塢災難大片的上映，公眾明確地接受了這種觀點。

　　現(xiàn)在，對生命斷續(xù)歷史的認識正醞釀著另一場轉變。新的地質化學證據(jù)正從大量巖層中涌現(xiàn)出來，它們記錄著生物大滅絕的真相?？茖W家在那里發(fā)現(xiàn)了激動人心的化學殘余——這些被稱為有機生物標記(organic biomarker)的證據(jù)，是由通常無法留下化石的微小生命形式產生的。這些資料清晰地揭示，在造成生物大滅絕的原因之中，災難性小行星撞擊只是特例，而不是普遍規(guī)則。大多數(shù)情況下，地球本身似乎以人們不曾想像的方式成為生命的宿敵。目前，人類活動可能正再度把生物圈(biosphere)置于危險之中。

　　●小行星撞擊地球？

　　20多年來，科學家們一直認為，小行星撞擊地球導致了一半以上的生物大滅絕事件，種種發(fā)現(xiàn)似乎也支持這一觀點。事實果真如此嗎？

　　為了理解人們對小行星撞擊模式的普遍熱情，回顧一下燃起這種熱情的證據(jù)當然十分有益。撞擊模式由阿爾瓦雷斯本人、他的父親物理學家路易•W•阿爾瓦雷斯(Luis W. Alvarez)以及兩位核化學家——海倫•V•米歇爾(Helen V. Michel)和弗蘭克•阿薩羅(Frank Asaro)共同提出，它包括兩個不同的假設：首先，一顆直徑約為10千米的小行星，在6,500萬年前撞擊了地球；其次，撞擊產生了嚴重的后果，使一半以上的物種灰飛煙滅。他們在厚厚的銥層中發(fā)現(xiàn)了那場撞擊留下的痕跡：含銥的塵埃當時撒滿了地球——這種元素在地球上頗為稀少，但在地外物質中卻比較常見。

　　這個驚人觀點發(fā)表不到10年，人們就發(fā)現(xiàn)了撞擊災難的直接證據(jù)——“奇科蘇盧布”隕石坑(Chicxulub crater)，它就隱藏在墨西哥的尤卡坦半島。這一發(fā)現(xiàn)消除了長久以來的疑問，為恐龍王國是否毀于一場天地大沖撞給出了肯定的答案。同時，它又對其他生物大滅絕事件提出了新的疑問：如果這次滅絕是由撞擊引起的，那么其他幾次又怎樣呢？過去5億年間，發(fā)生了5次讓大多數(shù)地球生命形式徹底消失的事件：第一次發(fā)生在奧陶紀(Ordovician)末期，距今約4.43億年；第二次發(fā)生在3.74億年前，接近泥盆紀(Devonian)末期；規(guī)模最大的一次則發(fā)生在二迭紀(Permian)末期，距今2.51億年，當時90%的海洋生物和70%的陸地動植物(甚至昆蟲)都毀于一旦[參見《科學美國人》1996年7月號道格拉斯•H•歐文所著《生物大滅絕的起源》一文]；三迭紀(Triassic)末期，全球性生物滅絕的慘劇再次上演，距今2.01億年；最后一次生物大滅絕發(fā)生在6,500萬年前，也就是前面提到的、發(fā)生在白堊紀(Cretaceous)末期的那場天地大沖撞。

　　20世紀90年代初期，古生物學家戴維•勞普(David Raup)發(fā)表了著作——《生物滅絕：壞基因還是壞運氣？》(Extinctions: Bad Genes or Bad Luck?)。他在書中大膽預測，人們最終可能會發(fā)現(xiàn)，撞擊是所有生物大滅絕和其他毀滅性稍弱的生物滅絕事件的罪魁禍首。在白堊紀和第三紀之間的地質界線(K/T界線，白堊紀和第三紀的交界稱作“K/T”，所以這條地質界線就是“K/T界線”)中找到的撞擊證據(jù)，當然很有說服力：“奇科蘇盧布”隕石坑、清晰的銥層以及撞擊碎片(包括受到撞擊壓力沖擊散落到世界各地的石塊)，無不證明了撞擊事件的發(fā)生。古代沉積物中還有更多的化學線索，它們記錄了地球大氣成分及氣候隨后發(fā)生的迅速變化。

　　對其他幾個生物滅絕時期而言，證據(jù)也似乎指向“天上”。20世紀70年代初期，地質學家已經將一層薄薄的銥層與泥盆紀末期的生物滅絕聯(lián)系了起來。到了2002年，其他發(fā)現(xiàn)揭示了三迭紀末期和二迭紀末期發(fā)生的撞擊。三迭紀地質層中也找到了微量的銥元素。對于二迭紀而言，人們認為，獨特的“碳籠”分子(buckyball)包含了捕獲的地外氣體，這又增添了一條令人激動的線索[參見《科學美國人》2002年3月號魯安•貝克爾所著《重復撞擊》一文]。因此，許多科學家開始推測，在5次生物大滅絕中，有4次是由小行星或彗星撞擊地球引起的。唯一的例外是奧陶紀末期的生物大滅絕，科學家已經斷定，這一事件是我們鄰近宇宙中的一顆恒星發(fā)生爆炸所產生的致命輻射的結果。

　　然而近年來，隨著研究人員繼續(xù)探尋挖掘資料，他們發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)象無法解釋。新的化石分析指明，二迭紀和三迭紀的生物大滅絕是個漫長的過程，歷時數(shù)十萬年。新近獲得的、有關大氣碳含量水平升降(即碳循環(huán))的證據(jù)似乎也表明，生物圈遭受了一系列長期的環(huán)境惡化，而不是一次性撞擊帶來的突發(fā)性災變。

　　●突然死亡，還是緩慢消亡？

　　如果造成生物大滅絕的真兇不是突然撞擊地球的小行星，那么究竟會是什么呢？種種新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，真兇很可能就是地球本身！

　　K/T界線事件的啟示在于，大型天體撞擊就像一場把城市夷為平地的強烈地震：毀滅性災難突如其來、倏忽即逝——地震過后，城市很快就得以重建。K/T界線滅絕事件的碳同位素數(shù)據(jù)和化石記錄，都反映了毀滅和隨后的恢復速度，不過科學界頗費了一番功夫，才證明了災難之后的恢復速度。從鈣質和硅質浮游生物以及植物孢子的化石上，也就是在那些體積最小而數(shù)量又最多的化石中，的確可以明顯地看到，K/T界線上的生物如預期的一樣，出現(xiàn)了突然消亡殆盡的現(xiàn)象。但是，一個種群中的化石越大，滅絕的步伐似乎就越平緩。

　　古生物學家逐漸認識到，他們研究的大多數(shù)土壤和巖石層缺乏大型化石樣本，影響了他們從中得出的生物滅絕模式。為了解決采樣不完善帶來的問題，也為了描繪一幅更清晰的生物滅絕進程圖景，美國哈佛大學的古生物學家查爾斯•馬歇爾(Charles Marshall)提出了一種新的統(tǒng)計方法，用來分析化石的分布。通過確定一個特定物種在給定時間內的滅絕概率，使用這種分析方法，即使是非常稀有的化石，也能解讀出最多的信息。

　　1996年，我和馬歇爾聯(lián)手在K/T界線地層剖面測試了他的統(tǒng)計方法。我們最終證明，那些過去看起來像是逐漸滅絕的、數(shù)量最豐富的較大型海洋動物——歐洲的菊石(ammonite，與具有殼室的鸚鵡螺有親緣關系的軟體動物化石)其實是在K/T界線突然消失的，而不是連貫的。但是，當幾位研究人員(也包括我自己)將新方法應用到更早的生物滅絕事件中時，得出的結果卻大相徑庭。我的小組研究了代表二迭紀和三迭紀最晚期的海相和非海相環(huán)境的地質層，結果表明，集中在這些地質界線附近發(fā)生的，是一系列消亡過程更加平緩的生物滅絕序列。

　　這種滅絕模式還在碳同位素記錄中得到了印證。碳同位素記錄是瞭解生物滅絕速率的又一種強有力的工具。碳原子有3種同位素，原子核中的中子數(shù)量略有不同。許多人都熟悉其中一種同位素——碳14，因為人們常用它的衰變來測定特定化石骨骼或古沉積物樣本的年代。不過，地質記錄中可以找到一種更加有用的信息，來解釋生物大滅絕事件，那就是碳12和碳13的同位素比例，它有助于人們更全面地認識當時的植物生命力。

　　原因在于，光合作用(photosynthesis)在很大程度上決定了碳12/碳13比例的變化。植物利用太陽的能量把二氧化碳分解為有機碳，又利用有機碳來構造細胞，為自身提供能量——對于我們動物來說，這是值得高興的事情，因為游離氧是光合作用的副產物。但是，植物是挑剔的，它們優(yōu)先選擇含碳12的二氧化碳。因此，無論是營光合作用的微生物、浮游的藻類，還是高大樹木，當這些植物生命力旺盛、數(shù)量眾多的時候，留在大氣中的二氧化碳就包含了比例更高的碳13，而大氣中的碳12則會明顯減少。

　　通過檢測生物大滅絕之前、之中和之后的碳同位素比例，研究人員可以得到海洋和陸地植物形體總量的可靠指標。研究人員把K/T界線滅絕事件的碳同位素比例繪制成圖，一種簡單的模式就呈現(xiàn)在我們面前。碳同位素比例的改變與所謂的撞擊層(包括許多礦物碎片證據(jù)的地質層)幾乎同時出現(xiàn)：短時間內，碳13急劇下降。這個結果表明，當時的植物突然間幾乎消亡殆盡，后來又迅速恢復。這個發(fā)現(xiàn)與較大的陸地植物和海洋微型浮游生物的化石記錄完全一致，這些生物在K/T界線滅絕事件中損失驚人，但很快得以恢復。

　　我的小組在2005年初揭露的二迭紀碳記錄，以及最近揭露的三迭紀碳記錄無不證明，在那兩次生物大滅絕事件中，植物和浮游生物經歷了一段與K/T界線滅絕截然不同的命運。在那兩次滅絕事件中，同位素比例在超過5萬年到10萬年的時間間隔內，發(fā)生了不止一次的改變，這表明植物群落消失了，隨后得以恢復，結果又遭到一系列滅絕事件的一再打擊。要產生這種滅絕模式，可能需要在數(shù)千年的時間間隔內，發(fā)生一連串的小行星撞擊事件才行。但是，沒有任何礦物學證據(jù)表明，在那兩個生物大滅絕時期內，曾經發(fā)生過一連串的小行星撞擊。

　　事實上，關于那兩個時期是否發(fā)生過撞擊事件，對證據(jù)的進一步調查也已經提出了疑問。在二迭紀末期的地質界線中，其他任何研究小組都沒能再次發(fā)現(xiàn)包含著地外氣體的碳籠。有關在那個時期的地層中發(fā)現(xiàn)受到沖擊的石英礦物的消息，也已經宣布取消。至于人們推測的、位于澳大利亞附近深海和南極冰層下面的“隕石坑”，它們究竟是真正的隕石坑，還是僅僅是自然巖層，地質學家們也尚未定論。就三迭紀末期而言，地層中發(fā)現(xiàn)的銥濃度實在太低，它也許反映了一顆較小的小行星對地球的撞擊，但規(guī)模絕不可能引發(fā)K/T界線上出現(xiàn)的那種全球性生物滅絕事件。然而，如果撞擊不是造成這些大滅絕的原因，那么究竟是什么導致了生物的大規(guī)模死亡呢？新一類證據(jù)表明，地球本身就可以消滅棲息在它上面的生物，而且這樣的慘劇可能已經發(fā)生過了。(來源：《環(huán)球科學》)