六千六百万年前，一块直径10公里的太空岩石从天而降，落在了今天墨西哥湾的尤卡坦半岛上空。当它撞击地球时，它在地壳上炸出了一个马里兰州大小的洞，引发了全球性的火灾风暴，并导致约75%的物种灭绝。对于被它推向灭绝的恐龙来说，这次事件实际上是世界末日。但是，从灰烬中，幸存者——我们的哺乳动物祖先——崛起，开启了地球历史上充满活力的新纪元。今天，这场灾难性的撞击被认为是宇宙创造性破坏的行动，没有它，我们人类就不会存在。
然而，与32.6亿年前撞击地球的小行星相比，这次臭名昭著的撞击事件的撞击物根本不算什么。科学家称之为地球45亿年历史的太古代。那次撞击中的太古代太空岩石，被称为“S2”，是前者的50到200倍大——足以将至少10,000立方公里的汽化岩石炸入天空，然后这些岩石重新凝结成熔融液滴，像雨点般落回地球。哈佛大学的地质学家纳贾·德拉邦说，毫不奇怪，这些情况对于早期生命来说将是“真正的灾难”。但她的最新研究表明——就像更著名的恐龙杀手太空岩石撞击一样——这次更大、更古老的碰撞也有积极的一面，为地球早期的生物圈提供了强大的推动力。
德拉邦说：“我们发现的东西确实令人震惊。” 她与几位同事一起工作，对南非岩层的仔细研究表明，除了产生足以焚烧世界的汽化岩石外，S2撞击还引发了巨大的海啸，并煮沸了海洋的最上层。但它也向世界营养匮乏的海洋中泵入了磷和其他生物必需元素——引发了生命的爆发。
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德拉邦说，尽管恐龙杀手撞击事件留下了数百万年的生态破坏余波，但这次更大碰撞造成的可怕后遗症持续时间太短，无法在岩层的化学分析中显示出来。
她说，情况在“几年，也许几十年内”非常糟糕。“但之后生命就会迅速反弹。” 她的新研究，今天发表在《美国国家科学院院刊》PNAS 上，表明巨型撞击对地球早期生物圈的影响比之前认为的要大得多——而且我们星球的太古代居民对这种冲击的抵抗力比今天的生命要强得多。
一个无法辨认的地球
如果您在S2撞击发生前三十多亿年飞过我们的星球，它看起来会与今天非常不同。
哈佛大学的地学生物学家安德鲁·诺尔说，“地球在很大程度上是一个水世界”，只有少数火山和较大的岛屿突出海面，他与德拉邦合作进行了这项新研究。 世界海洋的水量可能是现在的两倍，因为地球内部还没有冷却到足以吸收现在所含有的那么多水分。
由于没有大型大陆侵蚀并将矿物质顺着河流输送下来，海洋缺乏磷、铜、钼和镍等关键营养物质。大气和海洋都几乎不含游离氧——这种元素现在占我们星球空气的20%以上，并维持着动物、植物和真菌的生存。诺尔说，地球上的生命可能只有今天的1%或2%——全部以单细胞微生物的形式存在。
部分稀疏的生物群系是由一种原始的光合作用驱动的，其中微生物利用阳光从溶解在海水中的铁中夺取电子——使它们能够将二氧化碳转化为糖。但是，海洋的顶层，即光线可及的地方，只含有微量的铁——即使对于这些顽强的生物来说，也很难维持生计。德拉邦说，那些海洋是“生物沙漠”——这就是为什么专家们经常想象早期地球是一个安静、乏味的地方。
太古代撞击层中的球粒，以及用于比例的硬币。这些球粒由小行星撞击后像雨点般落下的熔融碎片形成，太古代岩石中厚厚的球粒层是地球早期历史中灾难性撞击事件的直接证据。
纳贾·德拉邦
地质发现戏剧性地改变了20世纪80年代末和90年代的这种观点。例如，在南非的太古代地层中，地质学家唐纳德·洛威和加里·拜尔利（现分别在斯坦福大学和路易斯安那州立大学）在至少八层岩石中发现了像沙粒大小的矿物球粒。这些微小的“球粒”被证明是在一系列大规模撞击事件后像雨点般落下的凝固熔岩滴。这些撞击形成的陨石坑早已被侵蚀殆尽——但厚厚的球粒层表明它们确实发生过，并且频率惊人地高。根据他们对这些岩层的研究，洛威和拜尔利估计，在35亿至32亿年前之间，大于恐龙杀手的物体至少每1500万年撞击地球一次——比今天频繁得多。他们推测，其中一些小行星可能比恐龙杀手大350倍。
从沸腾的锅到天堂
德拉邦是洛威的前研究生，她想知道这些名副其实的惊天动地的碰撞是如何影响太古代生物圈的。她花了数年时间收集直接位于其中一个著名事件——即上述S2——撞击层上方和下方几米处的岩石。这两组岩石都是由沉积在靠近一些稀有陆地的浅海沿岸海底的沉积物形成的。撞击层下方的岩石，早于灾难，充满了细小的黑色古代有机碳层——微生物粘性垫的遗骸，这些微生物在地质作用的掩埋、挤压和烹煮下，在海底繁衍生息。那些平静、平坦的岩层可能积累了数千年。直接位于它们上方的物质发生得更快。
球粒层在某些地方高达几张床垫堆叠起来的高度，与沙子和鹅卵石混杂在一起，标志着撞击后数小时内席卷海底的一系列海啸。厚厚的石化泥层覆盖着这些撞击碎片，据推测是在几天或几周内形成的，因为海浪卷起的细粒淤泥沉降到海底。在泥土之上是令德拉邦着迷的东西：由高盐度海水突然蒸发沉积下来的微小六边形盐晶体。晶体清楚地表明，撞击“真正加热了地表，并开始煮沸一些[海洋]水”，德拉邦说。
她、诺尔和她的其他合著者（包括洛威）认为，从几米到几十米不等的水被瞬间加热成蒸汽。诺尔说，如果这确实发生了，它会杀死“大量的细菌”。 抛入大气层的碎片会遮蔽太阳数月或数年——这使得任何幸存的光合微生物的生活更加艰难。
但情况会很快平静下来。
在撞击层上方几米处，岩石再次充满了富含黑色碳的微生物层，甚至可能比下方的微生物层更密集——这表明“生命可能在撞击后爆发”，德拉邦说。
她和她的团队提出，这种爆发是由几个因素驱动的。撞击层上方的岩层含有高水平的磷——一种生物学中用于制造从DNA到细胞膜等一切物质的关键营养素。他们估计，S2小行星可能向地球饥饿的海洋输送了3600亿公吨的地球外磷。更多的磷元素将通过海啸袭击的岛屿上大量侵蚀下来的岩石和淤泥流入海洋。
一张示意图，显示了大约32.6亿年前巨型小行星撞击相关的环境破坏——以及随后的恢复。在撞击喷射出的尘埃使天空变暗，海啸冲击沸腾的海洋的混乱时期之后，动荡释放出的营养物质推动了生命的复苏。
詹姆斯·扎卡里亚
撞击上方的微生物层也杂乱地分布着一种锈红色铁矿物，称为菱铁矿，据推测是由湍急的海啸从深处搅动上来的富铁水域形成的。这种涌入将为已经富含撞击输送的磷的铁依赖型光合细菌提供超强的能量，进一步推动了爆发。
德拉邦还检查了撞击上下方黑暗微生物层中重碳和轻碳同位素的比率，或原子质量不同的碳原子。这可以为存在的生物类型提供线索——因为不同类型的生命以不同的速率吸收重碳和轻碳同位素。它揭示了一些重要的东西。
德拉邦说：“我们看到了碳同位素的转变”，这表明撞击后微生物的混合发生了变化。她说，“我们在海洋中有一种新的主要代谢方式”——它可能反映了利用铁产生能量的微生物的增加，无论是通过光合作用还是其他途径。
微生物与猛犸象
坦普尔大学的地质学家亚历山德拉·达瓦泽斯研究太古代撞击，她说，关于生命在S2撞击后爆发的新证据“是一个非常有趣的发现”。 她指出，地球环境中的其他重大破坏也促进了生物圈的繁荣，例如被认为发生在7亿和6.35亿年前的“雪球地球”事件。在这些事件中，冰川蔓延到世界大部分地区，并可能消灭了大量生命。但是，当冰最终退去时，它将大量的富含营养物质的冰川粉碎岩石倾倒入海洋，以推动生物的反弹。
苏格兰圣安德鲁斯大学研究太古代地球的地学生物学家伊娃·斯图肯认为，德拉邦的研究可能会带来进一步的发现。
她说，“我们肯定错过了许多[撞击]事件”。 毕竟，已知那个时期的地球撞击坑没有一个能保存到今天。 而且，这些撞击事件洒在我们星球上的球粒层也远非保证能在如此古老的岩石中保存下来。 但是，随着更多先前未知撞击的证据被发现，它可能会增加我们对这些事件如何不仅严重伤害地球生物圈，而且还帮助治愈这些创伤的认识。
斯图肯想知道，S2和其他巨型撞击是否也以另一种方式为生命施肥，这种方式超出了德拉邦提出的建议。 火热的陨石坠落可能会从大气中提取另一种关键营养物质——氮——以微生物可以吸收的化学活性形式将其输送到海洋中。 她说：“那是我很想探索的东西。”
科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家西蒙娜·马尔奇在S2撞击中看到了一个重要的教训。 他说，小行星撞击与发生撞击时存在的生命类型之间存在“有趣的相互作用”。 与雷龙或猛犸象不同，微生物可以通过形成可以持续多年的孢囊或孢子来在极端高温、脱水和辐射中生存。 微生物在集体上还具有对无数其他环境破坏的卓越抵抗力。 如果十亿个微生物中有一个幸存下来，它可以补充整个种群，因为它生长和分裂得如此之快。
马尔奇说，“当时的生命有能力承受”S2撞击的打击。 但是，如果这颗更大的小行星在6600万年前撞击地球，那时鲜花、树木、恐龙、哺乳动物、鱼类和其他复杂生命已经进化出来，会怎么样呢？
他说，“对于这种类型的事件，只有简单的生命才能幸存下来。” 撞击可能不会像清除恐龙但留下哺乳动物、鸟类和鱼类那样，而是可能消灭所有植物和动物。 马尔奇说，“这将是生命的完全重置”，“回到细菌水平。”