互动科普

远古地球不冰封

饥饿的细菌可能曾经引起远古地球变暖

Sarah Simpson

硫的臭鸡蛋味令大多数人闻之却步，大概不会选它作为调料，但是许多细菌却对它情有独钟。不仅如此，细菌还对不同口味的硫化物有不同的嗜好，这使某些硫化物得以在石头中保存达数十亿年之久。它们有助于人们了解远古地球所发生的故事，其中包括解释为什么地球在过去太阳强度比较弱的情况下没有被冰封冻这一问题。

问题的关键可以归结到：什么生物吃什么东西。所有的生物对食物都很挑剔，嗜硫细菌也不例外。如果能选择的话，它们更喜欢摄取最轻的同位素硫32而不是较重的硫34。今天，嗜硫细菌的排泄物通常保存在黄铁矿中，当中硫32所占的比例，要比它在细菌的食物来源中的比例高出7％。细菌的食

物是硫酸盐，是今日海水中常见的盐类。不过，从25亿年前形成的黄铜矿中测得的硫32，其比例却很少超过1％。对于地球化学家来说，这种差异意味着，在地质年代中的太古代，硫酸盐非常稀缺，嗜硫细菌的食物太少，它们不得不吃不甚喜欢的其他硫同位素。

南丹麦大学Odense分校的Habicht及其同事，成功培养出3种现代的嗜硫细菌，他们发现，只有当硫酸盐的浓度降到200微摩尔以下(这一浓度不足目前海水中硫酸盐浓度的1％)，硫32的残留比例才能降到太古代岩石中的水平。

如此低的硫酸盐浓度，表明太古代大气中的氧气极为稀薄。由于没有氧气，地球表面得不到氧化，因此硫矿会封存在岩石中，饥饿的细菌便没东西吃了。太古代时期，太阳的强度比现在弱25％，但海洋却未因此而封冻，或许硫酸盐浓度过低可以对此进行解释。长期以来科学家认为，温室效应在远古比现在更显著。他们提出，当时比二氧化碳更有效率的温室气体甲烷的含量可能非常丰富，部分原因是甲烷在远古含氧量很低的大气中，可以存在1万年。但是，对于不断产生甲烷的原因，却无法做出解释。

这就是人们再度研究嗜硫细菌的原因。Habicht研究小组认为，在缺硫状态下，嗜硫细菌的日常机能如分解其他生物尸体的速率，比现代正常状态下嗜硫细菌要慢30—90％。在远古时代，这一点可能为另一种饥饿的微生物产甲烷菌提供了无数就餐的席位。产甲烷菌因为会产生甲烷，它们的快速增殖可能维持着很强的温室效应。

苏黎士瑞士联邦理工学院的Wie—chert表示，Habicht等人的研究首次明确提出产甲烷菌是温室气体的制造者，但要进一步证实这一说法，需要独立印证太古代大气中甲烷的变化情况。太古代大气可能与土卫六的大气环境相似，目前这颗土星的卫星被甲烷笼罩着，美国航空航天局的“惠更斯”探测器将在2005年造访它。在此之前，恶臭的硫还是可以告诉我们许多有趣的奥秘的。

[范淑霞／译   曾少立／校]