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【古生物大小事】李世緯/上善若水

圖/Y ART─ty.HSU
圖/Y ART─ty.HSU

水擁有一些很不錯的特性

「水」絕對不是只有地球才有。

彗星拖出的那一條長長的尾巴,成分就是冰。太陽系八大行星中擁有水的星球除了地球之外,還有火星、土星與某些木星衛星,有些星球的含水量還頗為驚人。所以,雖然說水是構成生命的必要條件,但是在這些有水的星球之中,除了地球,還是沒有任何地方存在著生命。關於水,太陽系八大行星中許多星球都曾經擁有水,很多星球的表面都有冰河甚至河流流過的痕跡。對比之下,地球之所以適合生命,關鍵不在於水,在於地球有辦法長時間地留住水分,不是像其他星球一樣短暫地就蒸散乾枯掉了。畢竟,從無機物累積演化出生命,沒有足夠的時間是不行的。而地球能長期「保濕」的關鍵,在於「地球與太陽的距離」以及「地球的大小」。這兩個因素導致地球表面的重力與溫度,恰好能夠維持固態、液態與氣態三種狀態的水同時存在,並且循環不止。

生命源於水,而且在生命出現之後很長很長,甚至於三十億年的時間裡,生物只活在海洋環境之中。一直要到四億多年前,才開始企圖登陸。究其原因,水擁有一些很不錯的特性:

一,水是化學反應的最佳場合。水是很強的溶劑(可以溶解於水中的物質很多),而且它又很容易取得。分子溶解於水中之後表面積或者稱接觸面積變大,各式各樣的化學反應就容易進行。缺少了水的媒合,很多化學反應還是會發生,只是它的時間會拖得很長。原始單細胞生物想要攝取環境中的營養鹽,是透過擴散作用,而擴散作用就是將物質溶於水中,再慢慢地引入細胞膜的這一側;我們很難想像缺乏水分的媒介,細菌吃一餐要吃多久。

二,水域環境溫度穩定。大部分的水域環境一天二十四小時、一年四季,溫度都還滿穩定的,水中最低溫約零度,海水表面大致二十至三十度。對比陸地環境,溫帶地方冬天寒流來襲零下二十度,夏天最熱達四十度也是有可能的;有些沙漠氣候地區,一天之中日夜溫差就可達五十至六十度。所以,水中的生物較不需要克服溫差太大的問題。這也就是為什麼生物是在登陸之後,才開始演化出變溫動物或恆溫動物--要想適應陸地生活,就必須處理溫差問題。

水對化石的形成與保存也非常關鍵

國中理化教過一個關於水的有趣現象:「水在攝氏四度的時候,密度最大。」這麼一個怪怪的特性,對我們的意義是什麼?設想一下,如果水跟其他多數液體一樣,攝氏零度的時候密度達到最大值(也就是說零度的時候最「重」),那所有的湖跟海,都會從底層開始結冰(一結冰就掉到底層,而不是浮上來)。冬天一到,整個水域變成一塊超級大冰塊,全部的魚都沒地方跑。

其實,水不只對生物很重要,水對化石的形成與保存也非常關鍵。大部分的化石都是在水中形成的,最多的是海床,再來則如湖底、河床或者經土石流後埋藏在深層地底之下,浸泡在類似地下水的環境中。極度乾燥的環境雖然有利於生物遺體的不腐,但是缺乏水分的參與,一些置換的化學反應無法進行,生物遺體還是無法石化成化石。

化石基本上是因為在生物遺留的組織及骨骼上產生礦物的結晶而成,因此,一個低溫無菌無氧的水分環境,將會是最佳的化石生成場所。最好這個地點也要能夠百萬年不受干擾,讓好不容易形成的小小礦物結晶繼續增長。

老子曰:「上善若水,水善利萬物而不爭。」水真的是嘉惠了萬物,但是卻又讓我們不怎麼感覺得出來。

化石 太陽系

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