揭开生命的序章：前寒武纪

叶山

地球形成之初想象圖

从诞生至今，地球经历了漫长的成长岁月，生命的孕育和衰亡不断上演着。严谨的地质学家们通过研究不同年代的岩层和化石来了解地球的各个时期，并将其划分为冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙四个时期。

显生宙，顾名思义就是生命活跃的时期，始于5.4 亿年前的寒武纪，一直持续至今，地球上的无数生命在显生宙谱写出了华丽的乐章。

而在显生宙之前的时期，由于时间太久远，生命形态也远不如显生宙兴盛，给我们留下的岩层和化石线索寥寥无几，但它却占据了地球历史长河中的绝大多数时间，这一时期也被笼统地称为地球的“前寒武纪”。

冥古宙地貌想象图

冥古宙

一场“交通事故”引发的后期重轰炸

最初的6亿年被称作冥古宙，也叫作地球的“天文时期”。在这一段时间里，初生的地球没有留下任何地质记录，因此，人们只能通过一些天文知识去推测那个时期地球上发生了什么。

地球形成之初，整个星球混沌一体，它的总体成分和构造与太阳系里的球粒陨石①类似，没有地核、地幔和地壳等圈层结构。那时，太阳系内部的各行星还没有形成现在这样有序的公转运行规则，所以在宇宙空间中经常会发生一些“交通事故”。

大约44亿年前，发生了一场非常严重的“事故”：一颗火星大小的行星（西方科学家将其命名为忒亚星）撞上了地球。在这场天地大冲撞里，这颗“忒亚星”直接灰飞烟灭，地球也遭到重创——在碰撞产生的热量里，地球从表面到内部几乎都被熔融。

早期行星撞击想象图

直到40亿年前，后期重轰炸结束，地球终于迎来了安全稳定的宇宙环境。没有了陨石的轰炸，地球表面安静下来，在撞击中被熔融的地表也开始凝固，形成了地球上保存最古老的岩石，比如加拿大东部的火成岩。这意味着什么呢？有了确切年龄的岩石，就有了关于这个年代的地质记录，也就意味着地球告别了“天文时期”，进入了一个新阶段——太古宙。

在太古宙的初期，除了岩石圈的形成以外，地球还诞生了两个重要的宝贝——海洋和生命。地球上的水来自何处，目前科学家们并无定论，比较主流的观点是冥古宙时期被含水的陨石和彗星带到地球上的。不过不管怎样，这一时期地球上的水汇聚于地表，形成了最初的海洋，而海洋又孕育了最初的生命。

生命的诞生是个奇迹。形成于冥古宙的有机物在海里不断发生化学反应，结构越来越复杂，终于在一次机缘巧合下，新形成的有机物分子拥有了利用周围的物质进行自我复制的能力，便成为最初的生命。当然，它们都是极简单的微生物，类似今天的病毒，因为那时的地球环境远比现在恶劣，并不支持复杂的生物生存。目前科学家们所公认最早的生命痕迹，是澳大利亚西部的一处叠层石，它们形成于35亿年前。

太古宙地貌想象图

叠层石是一种特殊的分层沉积物堆积构造，是微生物在岩层里留下的杰作。

条带状铁矿

过了3～5亿年，生命完成了升级，蓝细菌等生物学会了光合作用。此后，生命获得了改变地球大气环境的能力，开始为大气层供氧。到了太古宙后期，大气层中的氧含量明显上升，充足的氧气和溶解在水中的二价铁离子发生化学反应，让其转换成了难溶于水的三价铁，析出了红褐色的氧化铁沉淀物。这些氧化铁和硅酸盐沉积物交错沉积，并固结为岩石，在世界各地形成了漂亮的条带状铁矿。

元古宙生物想象图

元古宙

从“乱发脾气”到“自我调节”

如果说冥古宙时期的地球是个爱发脾气，情绪不稳定的小孩子，那么到了元古宙，地球就是学会自我调节，慢慢长大的青少年。大气层含氧量的上升和条带状铁矿的大规模出现，标志着地球历史来到了元古宙。随着地表的氧含量继续上升，大气成分发生了变化，地球的温度开始下降，并在约24 亿年前进入了一次大规模的冰川期。在这段被称为“休伦大冰期”的时间里，全球多数地区都覆盖在冰雪之下，因此这一时期也被称为“第一次雪球地球事件”。冰层之下的地球开始了自我调节。在同一时期，板块构造活动开始进行，它促发了火山活动，并由此释放出了二氧化碳，增加了地球的温室效应，最终让地球慢慢地解了冻。获得了更多二氧化碳的大气层能够更好地为地球保温，让地球的环境趋于稳定。约20 亿年前，臭氧层形成，从此地表不再直接暴露在强烈的紫外线下。此时，地球的基本条件已经准备好孕育出更高级的生命形态了。

19亿年前，细胞内拥有细胞器的真核生物出现，这在生命进化史上是一个重要的里程碑，它为后来的动植物、真菌的分化奠定了基础，让生命有机会演化出缤纷多样的形式。元古宙中期，地球上已经出现了肉眼可见的多细胞生物，并且它们开始了有性繁殖。

直到8 亿年前，板块运动让原本聚合在一起的罗迪尼亚超级大陆发生分裂，在热带地区形成了许多较小的大陆。这次分裂使得热带地区增添了许多新的海岸线。热带沿海地区气温高、湿度大，容易促进岩石中硅酸盐矿物的化学风化，而化学风化会吸收掉大量的二氧化碳，这会削弱地球的温室效应。地球气温骤降，进入“成冰纪大冰期”，冰川在陆地上形成并不断扩大。

雪球地球想象图

冰川拥有较高的反照率，能够反射掉更多的太阳能，从而让地球获得的热量减少。终于，地球陷入了一个变冷、变冷、再变冷的循环里，连热带地区也被完全冰封，这便是比前一次更加严重的“第二次雪球地球事件”。即便是在这样极端的条件下，生命进化的步伐也没有停下。虽然数千米厚的冰层让大部分生物无法生存，但少部分生活在深海热泉、火山口附近或其他特殊区域的生物得以幸免，这其中包括在中国发现的淮南生物群。这场大冰期持续了近2 亿年，之后，地球靠着火山释放出的温室气体逐渐解冻。而那些顽强存活下来的生物也迎来了新一轮的绽放。

当冰川融化、海平面上升的时候，海水中幸存的生物迅速扩散到更加广阔的生存空间。地质学家在澳大利亚南部发现了约6 亿年前的埃迪卡拉生物群，那里的生物已经有了更高级的形态，为生命在显生宙的精彩历程拉响了启航的汽笛。5.4 亿年前“寒武纪生命大爆炸”事件的发生，标志着前寒武纪的故事告一段落了。