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近十幾年“全球變化”和“大洋鉆探”研究中最大進(jìn)展之一，在于地圈與生物圈相互關(guān)系認(rèn)識的突破，結(jié)果是將地學(xué)與生命科學(xué)的交叉，提高到一個空前的新高度。國際學(xué)術(shù)計(jì)劃將這種交叉定為新世紀(jì)前沿的首選，而在我國似乎還沒有提上日程。
地學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合，并不是新命題。地質(zhì)學(xué)創(chuàng)立伊始，就與生物學(xué)結(jié)下不解之緣：地質(zhì)年代便是以生命演化為序的。但傳統(tǒng)的生物地層學(xué)是建立在化石形態(tài)的肉眼鑒定基礎(chǔ)之上，難免其片斷性和表面性。世紀(jì)之交，地球科學(xué)向地球深處和地球以外發(fā)展，生命科學(xué)向越益深入的微觀世界進(jìn)軍，正是在這里產(chǎn)生了兩者交叉的新層次:地下深處微生物的發(fā)現(xiàn)，在分子生物學(xué)與生物地球化學(xué)的層面上，開拓了全新的研究領(lǐng)域。原來所說的許多地學(xué)過程，其實(shí)是生物活動的結(jié)果；原來探索的生命演化，其實(shí)是地學(xué)環(huán)境變化的產(chǎn)物；原來分頭研究無從理解的一些現(xiàn)象，地學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合提供了全新的答案。
七十年代末“Alvin”號深潛器在東太平洋發(fā)現(xiàn)深海熱液活動和熱液生物群，說明地球上不僅有我們所習(xí)慣的“有光食物鏈”，還存在著“黑暗食物鏈”。前者依靠外源能量即太陽能，在常溫和有光的環(huán)境下，通過光合作用生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)；后者依靠地球內(nèi)源能量即地?zé)嶂С�，在深海黑暗和高溫的環(huán)境下，通過化合作用(chemosynthesis)生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)。甚至數(shù)千米深海海底下面數(shù)百米的深處，還有微生物在地層的極端條件下生存，這種“深部生物圈”雖然都由微小的原核生物組成，卻有極大的數(shù)量。
“深部生物圈”的發(fā)現(xiàn)，大大拓寬了“生物圈”的分布范圍，直到極地冰蓋、火山熱泉和洋底地層，幾乎無所不在。生物的分類，也擴(kuò)展到古菌、細(xì)菌與真核生物三大類。地球歷史的85%只有前兩類組成的原核生物，它們從還原到氧化環(huán)境都有分布，在地球系統(tǒng)的時空坐標(biāo)中占據(jù)一大片，而我們熟悉的動、植物只是真核生物中的一部分。
從金屬礦到水合物，從火山口到巖溶洞，無處不有微生物的活動，許多原來以為“無機(jī)”的地質(zhì)過程，其實(shí)都是生命活動的結(jié)果。傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)里生物的“主角”是大化石，其實(shí)改造地球的首先是原核生物，它們的生態(tài)過程影響著化學(xué)元素周期表里幾乎所有的元素，默默無聲地“耕耘”了四十億年，直到今天才有可能得到重新評價。生命演化史的研究很像社會歷史，引人矚目的恐龍、鱗木固然重要，但真的要揭示機(jī)理，還非要深入到原核生物不可。全面看來，地球生態(tài)系統(tǒng)的根本基礎(chǔ)在于原核生物，它們才是“真正的英雄”；而我們熟悉的大型生物其實(shí)是生態(tài)系的頂層，相當(dāng)于社會史里的“帝王將相”。尋找地球和生命系統(tǒng)演變的規(guī)律，必須深入“基層”，深入到分子生物學(xué)和生物地球化學(xué)的水平,才能理解地球系統(tǒng)的運(yùn)作。
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