六千六百萬年前，一塊直徑10公里的太空岩石從天而降，落在了今天墨西哥灣的尤卡坦半島上空。當它撞擊地球時，它在地殼上炸出了一個馬里蘭州大小的洞，引發了全球性的火災風暴，並導致約75%的物種滅絕。對於被它推向滅絕的恐龍來說，這次事件實際上是世界末日。但是，從灰燼中，倖存者——我們的哺乳動物祖先——崛起，開啟了地球歷史上充滿活力的新紀元。今天，這場災難性的撞擊被認為是宇宙創造性破壞的行動，沒有它，我們人類就不會存在。
然而，與32.6億年前撞擊地球的小行星相比，這次臭名昭著的撞擊事件的撞擊物根本不算什麼。科學家稱之為地球45億年曆史的太古代。那次撞擊中的太古代太空岩石，被稱為“S2”，是前者的50到200倍大——足以將至少10,000立方公里的汽化岩石炸入天空，然後這些岩石重新凝結成熔融液滴，像雨點般落回地球。哈佛大學的地質學家納賈·德拉邦說，毫不奇怪，這些情況對於早期生命來說將是“真正的災難”。但她的最新研究表明——就像更著名的恐龍殺手太空岩石撞擊一樣——這次更大、更古老的碰撞也有積極的一面，為地球早期的生物圈提供了強大的推動力。
德拉邦說：“我們發現的東西確實令人震驚。” 她與幾位同事一起工作，對南非岩層的仔細研究表明，除了產生足以焚燒世界的汽化岩石外，S2撞擊還引發了巨大的海嘯，並煮沸了海洋的最上層。但它也向世界營養匱乏的海洋中泵入了磷和其他生物必需元素——引發了生命的爆發。
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德拉邦說，儘管恐龍殺手撞擊事件留下了數百萬年的生態破壞餘波，但這次更大碰撞造成的可怕後遺症持續時間太短，無法在岩層的化學分析中顯示出來。
她說，情況在“幾年，也許幾十年內”非常糟糕。“但之後生命就會迅速反彈。” 她的新研究，今天發表在《美國國家科學院院刊》PNAS 上，表明巨型撞擊對地球早期生物圈的影響比之前認為的要大得多——而且我們星球的太古代居民對這種衝擊的抵抗力比今天的生命要強得多。
一個無法辨認的地球
如果您在S2撞擊發生前三十多億年飛過我們的星球，它看起來會與今天非常不同。
哈佛大學的地學生物學家安德魯·諾爾說，“地球在很大程度上是一個水世界”，只有少數火山和較大的島嶼突出海面，他與德拉邦合作進行了這項新研究。 世界海洋的水量可能是現在的兩倍，因為地球內部還沒有冷卻到足以吸收現在所含有的那麼多水分。
由於沒有大型大陸侵蝕並將礦物質順著河流輸送下來，海洋缺乏磷、銅、鉬和鎳等關鍵營養物質。大氣和海洋都幾乎不含遊離氧——這種元素現在佔我們星球空氣的20%以上，並維持著動物、植物和真菌的生存。諾爾說，地球上的生命可能只有今天的1%或2%——全部以單細胞微生物的形式存在。
部分稀疏的生物群系是由一種原始的光合作用驅動的，其中微生物利用陽光從溶解在海水中的鐵中奪取電子——使它們能夠將二氧化碳轉化為糖。但是，海洋的頂層，即光線可及的地方，只含有微量的鐵——即使對於這些頑強的生物來說，也很難維持生計。德拉邦說，那些海洋是“生物沙漠”——這就是為什麼專家們經常想象早期地球是一個安靜、乏味的地方。
太古代撞擊層中的球粒，以及用於比例的硬幣。這些球粒由小行星撞擊後像雨點般落下的熔融碎片形成，太古代岩石中厚厚的球粒層是地球早期歷史中災難性撞擊事件的直接證據。
納賈·德拉邦
地質發現戲劇性地改變了20世紀80年代末和90年代的這種觀點。例如，在南非的太古代地層中，地質學家唐納德·洛威和加里·拜爾利（現分別在斯坦福大學和路易斯安那州立大學）在至少八層岩石中發現了像沙粒大小的礦物球粒。這些微小的“球粒”被證明是在一系列大規模撞擊事件後像雨點般落下的凝固熔岩滴。這些撞擊形成的隕石坑早已被侵蝕殆盡——但厚厚的球粒層表明它們確實發生過，並且頻率驚人地高。根據他們對這些岩層的研究，洛威和拜爾利估計，在35億至32億年前之間，大於恐龍殺手的物體至少每1500萬年撞擊地球一次——比今天頻繁得多。他們推測，其中一些小行星可能比恐龍殺手大350倍。
從沸騰的鍋到天堂
德拉邦是洛威的前研究生，她想知道這些名副其實的驚天動地的碰撞是如何影響太古代生物圈的。她花了數年時間收集直接位於其中一個著名事件——即上述S2——撞擊層上方和下方几米處的岩石。這兩組岩石都是由沉積在靠近一些稀有陸地的淺海沿岸海底的沉積物形成的。撞擊層下方的岩石，早於災難，充滿了細小的黑色古代有機碳層——微生物粘性墊的遺骸，這些微生物在地質作用的掩埋、擠壓和烹煮下，在海底繁衍生息。那些平靜、平坦的岩層可能積累了數千年。直接位於它們上方的物質發生得更快。
球粒層在某些地方高達幾張床墊堆疊起來的高度，與沙子和鵝卵石混雜在一起，標誌著撞擊後數小時內席捲海底的一系列海嘯。厚厚的石化泥層覆蓋著這些撞擊碎片，據推測是在幾天或幾周內形成的，因為海浪捲起的細粒淤泥沉降到海底。在泥土之上是令德拉邦著迷的東西：由高鹽度海水突然蒸發沉積下來的微小六邊形鹽晶體。晶體清楚地表明，撞擊“真正加熱了地表，並開始煮沸一些[海洋]水”，德拉邦說。
她、諾爾和她的其他合著者（包括洛威）認為，從幾米到幾十米不等的水被瞬間加熱成蒸汽。諾爾說，如果這確實發生了，它會殺死“大量的細菌”。 拋入大氣層的碎片會遮蔽太陽數月或數年——這使得任何倖存的光合微生物的生活更加艱難。
但情況會很快平靜下來。
在撞擊層上方几米處，岩石再次充滿了富含黑色碳的微生物層，甚至可能比下方的微生物層更密集——這表明“生命可能在撞擊後爆發”，德拉邦說。
她和她的團隊提出，這種爆發是由幾個因素驅動的。撞擊層上方的岩層含有高水平的磷——一種生物學中用於製造從DNA到細胞膜等一切物質的關鍵營養素。他們估計，S2小行星可能向地球飢餓的海洋輸送了3600億公噸的地球外磷。更多的磷元素將透過海嘯襲擊的島嶼上大量侵蝕下來的岩石和淤泥流入海洋。
一張示意圖，顯示了大約32.6億年前巨型小行星撞擊相關的環境破壞——以及隨後的恢復。在撞擊噴射出的塵埃使天空變暗，海嘯衝擊沸騰的海洋的混亂時期之後，動盪釋放出的營養物質推動了生命的復甦。
詹姆斯·扎卡里亞
撞擊上方的微生物層也雜亂地分佈著一種鏽紅色鐵礦物，稱為菱鐵礦，據推測是由湍急的海嘯從深處攪動上來的富鐵水域形成的。這種湧入將為已經富含撞擊輸送的磷的鐵依賴型光合細菌提供超強的能量，進一步推動了爆發。
德拉邦還檢查了撞擊上下方黑暗微生物層中重碳和輕碳同位素的比率，或原子質量不同的碳原子。這可以為存在的生物型別提供線索——因為不同型別的生命以不同的速率吸收重碳和輕碳同位素。它揭示了一些重要的東西。
德拉邦說：“我們看到了碳同位素的轉變”，這表明撞擊後微生物的混合發生了變化。她說，“我們在海洋中有一種新的主要代謝方式”——它可能反映了利用鐵產生能量的微生物的增加，無論是透過光合作用還是其他途徑。
微生物與猛獁象
坦普爾大學的地質學家亞歷山德拉·達瓦澤斯研究太古代撞擊，她說，關於生命在S2撞擊後爆發的新證據“是一個非常有趣的發現”。 她指出，地球環境中的其他重大破壞也促進了生物圈的繁榮，例如被認為發生在7億和6.35億年前的“雪球地球”事件。在這些事件中，冰川蔓延到世界大部分地區，並可能消滅了大量生命。但是，當冰最終退去時，它將大量的富含營養物質的冰川粉碎岩石傾倒入海洋，以推動生物的反彈。
蘇格蘭聖安德魯斯大學研究太古代地球的地學生物學家伊娃·斯圖肯認為，德拉邦的研究可能會帶來進一步的發現。
她說，“我們肯定錯過了許多[撞擊]事件”。 畢竟，已知那個時期的地球撞擊坑沒有一個能儲存到今天。 而且，這些撞擊事件灑在我們星球上的球粒層也遠非保證能在如此古老的岩石中儲存下來。 但是，隨著更多先前未知撞擊的證據被發現，它可能會增加我們對這些事件如何不僅嚴重傷害地球生物圈，而且還幫助治癒這些創傷的認識。
斯圖肯想知道，S2和其他巨型撞擊是否也以另一種方式為生命施肥，這種方式超出了德拉邦提出的建議。 火熱的隕石墜落可能會從大氣中提取另一種關鍵營養物質——氮——以微生物可以吸收的化學活性形式將其輸送到海洋中。 她說：“那是我很想探索的東西。”
科羅拉多州博爾德市西南研究所的行星科學家西蒙娜·馬爾奇在S2撞擊中看到了一個重要的教訓。 他說，小行星撞擊與發生撞擊時存在的生命型別之間存在“有趣的相互作用”。 與雷龍或猛獁象不同，微生物可以透過形成可以持續多年的孢囊或孢子來在極端高溫、脫水和輻射中生存。 微生物在集體上還具有對無數其他環境破壞的卓越抵抗力。 如果十億個微生物中有一個倖存下來，它可以補充整個種群，因為它生長和分裂得如此之快。
馬爾奇說，“當時的生命有能力承受”S2撞擊的打擊。 但是，如果這顆更大的小行星在6600萬年前撞擊地球，那時鮮花、樹木、恐龍、哺乳動物、魚類和其他複雜生命已經進化出來，會怎麼樣呢？
他說，“對於這種型別的事件，只有簡單的生命才能倖存下來。” 撞擊可能不會像清除恐龍但留下哺乳動物、鳥類和魚類那樣，而是可能消滅所有植物和動物。 馬爾奇說，“這將是生命的完全重置”，“回到細菌水平。”