微生物|叠层石：地球上最古老的生物化石，居然还有活的
地球上，生命是如何进化为今天的模样的？从地球产生到今天，几十亿年的时间，地球上发生了哪些变迁？那些地球诞生之初出现的生命今天还能找到吗？这许多的问题，都是人类一直孜孜不倦在追寻的内容。想要找到这些问题的答案并不容易，科学家们数年如一日的研究，方才窥得一斑。今天我们就走进地球上最古老的生物化石——叠层石，透过这种古老的生物化石，窥一窥地球的秘密。
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▲在澳大利亚克利夫顿湖，有活着的现代叠层石。摄影/王金成
地球上第一批制造氧气的微生物制造了叠层石
相信很多人都听过盘古开天的故事，盘古从沉睡中醒来，发现大地一片混沌，于是用斧头劈开了天地。混沌的大地，其实是地球产生之初的真实写照。地球大约诞生于46亿年前，这之后很久，地球上都没有生命迹象，这里到处充满了氮气、二氧化碳等气体，那时候地球上还没有氧气。
到距今38亿—39亿年前，在大海里，地球上最古老的生命——古细菌出现了。这些海洋里面的生物几乎是在无氧状态下成长，它们生存并不需要氧气，氧气对它们来说甚至是毒气。直到距今大约35亿年前，一种有着特殊本领的生物——蓝细菌诞生了，它们可以进行光合作用，“吃”下二氧化碳，“吐”出氧气。
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▲三十几亿年前的地球，火山活动剧烈，大气中没有氧气，蓝细菌刚刚在大海中诞生，它们可以进行光合作用，吐出氧气，并在此过程中分泌黏液，把水中微小的沉积物颗粒胶结成石。供图/CHRISTIAN JEGOU PUBLIPHOTO DIFFUSION
蓝细菌在进行光合作用的过程中，还会分泌出一些黏液，把其他一些微生物粘连在一起，也会把海水中微小的矿物颗粒胶结起来，从而形成一种独特的微生物沉积岩——叠层石。叠层石与珊瑚有些类似，不过珊瑚是珊瑚虫建造的，而叠层石是以蓝细菌为代表的微生物群构筑的。
叠层石可以说是有生命的岩石。那些粘连在一起的微生物，如好氧异养菌、硫酸盐还原菌、硫氧化菌以及发酵菌等，慢慢堆叠成厚一些的微生物垫。随着微生物垫不断发展，生活在其中的菌类互相合作，一种菌的代谢产物为另一种菌提供养料，形成了地球上第一个生态系统。
在叠层石上，每平方米大约生活着36亿个微生物。它们一层一层缓慢地生长着，新的不断覆盖旧的，越长越大，数量也越来越多。在此后的20亿年中，以蓝细菌为主的微生物们不断释放着氧气，最终使地球大气中的氧含量增加到21%，为生命史的下一章也是更复杂的一章奠定了基础。
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▲在现代叠层石的彩色扫描电子显微照片中，可以看出叠层石不是由单一细菌形成，而是由多种微生物协同共生形成的。供图/EYE OF SCIENCE
叠层石纹理既是生长记录，也有天文信息
和树木的年轮一样，叠层石也有着自己的纹理。任意剖开一块叠层石，就可以看到剖面上层层叠叠的纹理。而且这些纹理，每一层都是“长”出来的，是叠层石的生长记录。
据科学家研究推测，叠层石上明暗相间的纹理和叠层石上蓝细菌生长的趋光性有关。白天阳光充足，蓝细菌对日照特别敏感，纷纷向光源方向直立生长，在生长过程中产生的黏液将周围的矿物颗粒胶结起来，这样就形成了叠层石中的亮纹层；夜晚光线弱，蓝细菌便由直立转为密集匍匐分布，并停止了堆积，这就形成了叠层石中的暗纹层。
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▲水中的这几块叠层石，看上去非常普通，既没有绚丽的色彩也没有奇异的造型，疙疙瘩瘩的表面、暗淡无光的色泽甚至让它们看上去颇为丑陋，但它们中却隐藏着地球生命起源的秘密。摄影/姜爽
这些明暗相间的纹理是蓝细菌生长的记录，也是昼夜和季节变化的信息，研究这些纹理，我们可以推测以前的时间变化。科学家根据对叠层石的研究发现，在13亿年前，地球一年约546—588天、约13—14个月，而且这些研究数据，与天文观测计算出的结果相差无几。
此外，专家通过对10亿年前的叠层石的研究还发现，当时的地球黄赤交角约为30°，比现在的23°27′明显要大，也就是说，当时地球的倾斜角度更大。结合其他结论，科学家认为由于月球逐渐远离地球以及潮汐作用对能量的消耗，地球的自转速度和月球绕地球的公转速度都在不断减慢，地球的黄赤交角因此不断减小，越来越“正”了。
除了以上的作用，叠层石还可以“制造”铁矿。今天在一些叠层石的表面能看到很多发红的地方，那些都是因为含有铁元素的关系。在蓝细菌繁盛的年代，海洋中存在过大量铁元素，蓝细菌通过光合作用产生氧气，铁元素被氧化后沉积在海底。后来，又经过漫长的地质作用便形成了铁矿。
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▲叠层石在风化侵蚀下大多呈现出扁平的形状，一些藻类附着在上面，为它们涂上了一抹抹斑斓的色彩。摄影/Yann Arthus Bertrand
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