小行星撞击地球过程中产生的熔融玻璃实际可以保存远古生物痕迹
2014-04-23 11:53:18   来源:   评论:0 点击:

电子显微镜图像显示在撞击琥珀中的细胞状结构。中间的图像展示这些细胞结构经历数百万年的时间之后出现了撕裂和降解,图像摘自论文:Shultz, P et al 2014电子显微镜3D扫描图像,显示其中保存的叶片。图像摘


电子显微镜图像显示在“撞击琥珀”中的细胞状结构。中间的图像展示这些细胞结构经历数百万年的时间之后出现了撕裂和降解,图像摘自论文:Shultz, P. et al 2014



电子显微镜3D扫描图像,显示其中保存的叶片。图像摘自论文:Shultz, P. et al,2014

(化石网)据新浪科技(晨风):美国《连线》杂志网站报道,当一颗小行星撞击地球,它基本上会摧毁一路上遇到的所有东西。但最新的研究显示这种剧烈的撞击过程中产生的熔融玻璃实际上可以帮助将生命的迹象保存数百万年之久。这就为科学家们保留了珍贵的资料,得以一窥撞击发生前后的生物状况。

在阿根廷的一处现场,科学家们发现在一些陨星撞击产生的熔融玻璃中存在一些内含的植物残骸。由于这一熔融玻璃体中包含着撞击发生之前当地的植物样本——就有点像是琥珀中很多时候会困住古代的昆虫一样,因此科学家们将其称作“撞击琥珀”。与此同时,另一个小组在德国一个陨坑内发现的撞击熔融玻璃内部发现一些奇特的管状物。这是在陨星撞击发生之后依靠残余热量生存的微生物系统留下的痕迹。这两项成果将帮助我们在其他星球上搜寻生命的努力。

有关的研究结果已经以两篇论文的形式发表在4月15日出版的《地质学》杂志上。在阿根廷,科学家们对发生在6000年至920万年前的7处陨坑中的熔融玻璃进行了考察。其中一篇论文的合著者,美国布朗大学行星科学家皮特·舒尔茨(Peter Schultz)表示:“我们仔细观察这些玻璃的内含物,其中有些看上去像是划痕,而另外一些则像是嫩枝。”

尽管他们此前认为这种痕迹可能是某种新的晶体,但舒尔茨和他的同事们后来成功地在其中鉴定出长达1英寸(约合2.54厘米)的生物结构,包括叶脉,纤维以及其它与今天的植物蒲苇很相似的特征。当使用扫描电镜进行更加仔细的观察时,他们看到了保存的细胞,而加上光谱仪之后,他们分辨出了多环芳香烃(PAHs),它们可能曾经构成了植物叶绿素或是其他有机大分子的一部分。

当一颗陨星撞击地面,其产生的瞬间高温可达数千摄氏度,造成岩石熔化,蒸发并杀死任何生命。为了搞清楚这样的高温下生物结构如何有可能得以保存,研究组取了部分蒲苇的样品并将其与粉末样的撞击玻璃混合。他们发现如何这一混合体被在极短的时间内升温至2700华氏度(约合1482摄氏度)以上,则这些植物样品将可以被保留。实验证明,植物最外层的水分能够在快速升温的过程中成功地吸收掉大部分的热量,从而保护期内部的结构不受到过多的伤害。

当时发生陨星撞击的阿根廷境内这一地点可能也出现了类似的机制。当地的很大一部分区域分布着黄土,这是层状的风成堆积物。舒尔茨利用美国宇航局的撞击实验装置向沙盘发射小球,从而寻找这种撞击琥珀的可能形成机制。由于黄土易于升温,其容易形成可以保存生物结构的撞击熔融玻璃。熔融状态的玻璃体也会在撞击发生时四处飞溅,用舒尔茨的话说就像“一个大糖浆球”。这些熔体球体将在尘埃遍布的平原上滚动,从而进一步采集并保存植物材料。

除了保存撞击发生前的一些物质之外,似乎在撞击发生之后的一段短时期内还能孕育一些奇特的生命形式。在德国境内一个距今大约1450万年的陨击坑中,另一个小组发现了由微生物形成的结构,它们生活在接近沸腾的水中,并以玻璃为食。

当对在德国出土的撞击玻璃进行仔细观察时,科学家们注意到整个结构其中存在一些弯弯曲曲贯穿整个结构的管状物。尽管此前一直将其认为是某种奇特的晶体,但它们却显示出很多与晶体不符的性质。

加拿大西安大略大学的天体生物学家,另一篇发表在《地质学》杂志上论文的合著者哈雷·萨普斯(Haley Sapers)表示:“它们中的很多拥有分节结构,形成美丽的卷曲,还有分叉,并且它们互相之间似乎都在避开对方。”

萨普斯和她的同事们使用扫描电子显微镜进行观察,发现这些管路是空心的,并且看上去似乎具有相同的形态。他们同时还在这一结构中发现了高浓度的有机碳,并在它们的外部观察到微量的有机物。他们据此推断认为这些管状物是由微小的细菌形成的,这些细菌生活在陨星撞击事件之后的环境中。在一些位于洋底的古老玻璃质中同样存在类似的现象。

萨普斯表示:“这基本上是微生物痕迹。这是微生物在撞击熔融玻璃质中穿行形成的。”

研究组认为,在撞击事件发生之后,整个地区的生物都被灭绝。但残留的余热让该地区的温度得以保持在150华氏度(约合65摄氏度)左右,并且持续了大约1万年。这些撞击熔融玻璃显示其曾经在水下存在一段较长的时间,表明当时的这一陨坑曾经发育广泛的温泉系统,就像今天的美国黄石公园地区。尽管大部分生物都无法忍受这样的极端高温,但有些微生物可能会在这一区域生存,并以玻璃为食。

这两项发现让科学家们有了一个意想不到的地方来开展对古代生命的研究:即远古时期的陨石坑底部。研究组认为这两项结果都将对在其他星球上搜寻生命的努力,如我们对火星的探索。这颗红色星球上同时存在陨击坑以及与黄土类似的物质,撞击事件将可以形成熔融玻璃。这类玻璃从未成为搜寻火星潜在生命化石的目标,但这项最新的研究结果指出,我们或许应该在这方面更加加以重视。

尽管此次开展的研究在时间尺度上只不过是数千万年的量级,这对于整个地球历史而言无异于一瞬。但正如加拿大航天局行星科学家理查德·理维尔(Richard Leveille)所说的那样:“可以想见,在火星上那些远古的岩石会保存的比在地球上更好。”理维尔本人并未参与这两项研究,但他是美国宇航局好奇号火星车的项目科学家。

相比地球,火星缺乏板块运动,这就意味着其地表的古老岩石可能并未像地球那样被循环进入地下而消亡。这些古老的岩层可能仍然保留在火星地表或接近地表的区域。有一天火星车可能会采集到这里的撞击熔融玻璃并对其进行分析。但要想在火星上证实这些分析结果将会是一项巨大的挑战。

即便是目前在火星上工作的最强大的设备——好奇号火星车也仍然缺乏本次两篇论文中所提及的在玻璃质中分析可能存在的微体生物或植物的能力。要想达成这样的目的,人类或许将不得不实施昂贵而复杂的火星取样返回任务。

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