什么？地球曾经没有泥土？！直到这种生物的出现，旧貌换新颜


数年前，地质学家尼尔·戴维斯前往玻利维亚，他想更深入地了解当地一条古老海岸线的信息，并在当地成堆的鱼类化石中，寻找到一些关于地球上泥土形成的重要答案。

大约4.6亿年前，这里的鱼类曾沿着那条海岸线畅游。或许是遭遇了暴风雨，这些鱼在被快速冲入大海的泥沙中后窒息而亡。这一发现令戴维斯惊讶，他想了解这些鱼是如何死亡的。

类似的鱼化石也大量出现在其他年龄相仿的岩层中。这是在植物生长于各个大陆之前的情况——没有根或茎可以将含泥沉积物封固在陆地上，它们被冲入水中，从而让沿海鱼类窒息，最终沉入海底。如果这种效应在全球范围内扩大，影响绝对是巨大的——不仅影响沿海生命，而且影响整个地球的面貌。


▲陆生植物出现之前，许多河流就像今天美国阿拉斯加的库珀河一样，在荒芜的大地上呈辫状穿过，并将大量的沉积物倾泻入海。

植物与泥土

改变地球的运行方式

陆地植物出现之前，河流会冲走大陆上的淤泥和黏土（泥土的主要成分），并将这些沉积物送入海底。这样，陆地上永远只有光秃秃的岩石，而海洋里却满是窒息死亡的鱼类。

陆地植物出现之后，情况开始发生变化。泥土逐渐附着于河流沿岸的植被上，被留在植被的周围，而不是直接流入河中，最终沉到海底。目前供职于英国剑桥大学的戴维斯及其同事发现：大约距今4.58亿年至3.59亿年间，植物在陆上扩张的同时，陆地上的泥土量也大幅增加超过十倍，而且河流的流动方式也发生了重大转变。戴维斯说：“第一批植物的出现，以及随后泥土的出现，从根本上改变了世界的运行方式。”

与此同时，生命也演化出了应对手段适应新的泥土环境和河流形态，组合出了多样化的生态地貌，一直持续到今天。这种变化大部分是由植物造成的，但泥土也起到了增加黏合性的作用。

泥土跟沙子不同，潮湿的泥土容易黏合在一起。人们通常以为，泥土是地球上最常见、最丰富的东西之一。但实际上，在地球的演化史上，大部分时期并非如此，能够认识到这一点是件了不起的事情。目前，戴维斯正在研究早期植物是否增加了地表的泥土量，是否将更多的泥土固定在原地，抑或同时起到了这两种作用。

这项研究还可能为当今水利工程项目（如大坝建设）的决策提供依据——了解植被如何影响河流的径流量和沉积物的堆积，可能会有助于防止一些灾难的发生。

河道大改观

从辫状到S形蜿蜒

泥土是如何形成的？陆地上的岩石随时间推移，在风、雨、冰和雪的作用下，或在真菌和微生物的分解下，较大的岩石中会不断分解出一些小颗粒，这就是泥土的雏形。

植物出现在陆地上之前，泥土绝大部分被河流冲到海底。陆地植物出现之后，它们不仅将沉积物固定在原位，而且植物根部也自然地分解岩石，并释放出化学物质使岩石进一步破碎。通过这种方式，植物加速了泥土的形成。

自20世纪60年代以来，地质学家注意到：在地质记录中，植物出现在陆地上之前，河流的形态看起来与大陆变绿之后形成的河流有着明显不同。

美国麻省理工学院的地球科学家泰勒·佩伦说，最早的河流类似于当今沿着美国阿拉斯加的砾石海岸流淌的河流。那里的河流沙砾累累，在沙洲上形成了许多辫子状的河道。在没有任何植物固定河岸的情况下，随着河水的周期性泛滥，河岸会不断坍塌形成新的河道。植物的出现阻止了这种侵蚀，泥土也增加了河岸的黏合性，因此河流不太可能塌陷成多条辫状河道。相反，这些河流会开辟出一条主河道，以连贯的“S”形，蜿蜒穿过整个区域。


▲植被可以帮助固定河岸，所产生单一河道，以“S”形在陆地上蜿蜒穿过，如图所显示的亚马逊河的部分河段一样。

地质记录表明，植物出现在陆地上之后，这种蜿蜒的河流在地球上变得更加普遍了。河流的形状看似微不足道，但会对依靠河流水系生存的各种生物产生深远影响。例如，河道中的弯曲部分会改变水的温度或化学性质，使其与直线流水的河段不同，并且会产生动植物需要的新型微环境。

2017年，美国斯坦福大学的古生物学家凯文·博伊斯在《地球与行星科学年度评论》杂志上与他人共同撰写了一篇关于植物进化的文章。他在文章中指出，即使是类似苔藓的最早期植物，也可能已经开始改变沉积物在河岸上的沉积方式了。虽然还没有大树，但早期植物仍会通过减缓水流来影响水的流动。大约3.86亿年前，随着植物向高大的树木进化，它们开始拥有减缓风速的能力。当风在树枝间停止下来时，空气中被树冠捕获的细小颗粒就会掉落到地上，从而使更多的沉积物落入树的干和茎之间。

泥土中生存

艰难进化造就肥沃平原

对诸如早期千足虫和类似蠕虫的动物来说，泥土环境的出现对其生存提出了新的挑战。英国牛津大学地质学家安东尼·西利托说：“泥土为生活于其中的动物提供了一种完全不同的媒介。”

为了穿越泥土，蠕虫类动物会想尽办法创造狭窄的缝隙，通过反复收缩和伸展身体、挤开水分，艰难地向前爬行。从力学上来讲，这不同于穿越沙地，穿越沙地只需要动物将障碍物挖出去。因此，为了应对这项更加艰难的运动，早期的陆生蠕虫和昆虫不得不进化出相应的身体结构。

美国耶鲁大学古生物学家利迪亚·塔尔汗认为，这些运动反过来也可能有助于塑造泥土本身，“挖掘出通道并使其畅通无阻，这种行为可能会将沉积物转移至周围，改变沉积物的分布，也会影响沉积物的化学性质”。例如，一些无脊椎动物摄入沉积物以获取营养，肠道中的化学反应会将这些沉积物变成更细小的颗粒，再以粪便的形式排出，最终帮助了泥土的形成。

但塔尔汗又认为，早期穴居动物对泥土环境的最大影响，可能还不是帮助泥土形成，而是使泥土松散开来，并将其散布在流域内，乃至整个陆地表面。

随着单道河流的增多，泥土将有更多机会扩散到平原上。美国明尼苏达大学沉积学家克里斯·保拉说：“在辫状河流沿岸，很难形成拥有肥沃土壤的平原，因为随着水位的上升，辫状河流的河岸较容易塌陷。”

遭到人类滥砍滥伐影响的现代江河流域表明：植被的缺失的确会破坏河岸的稳固性，使河岸的黏结力有所降低。例如，在美国加州的萨克拉曼多河沿岸，那些被开垦为农田的土地比仍保有森林的区域更容易受到侵蚀。为了保持这条河流的稳定，有人曾经在沿岸栽种了一百多万棵树苗。

了解植物和泥土在河流中的相互作用，有助于将受到侵蚀的河流恢复到更加稳定的状态。当今，许多生态系统是围绕着河流生存展开的，因此做好这项研究很重要。

实际上，自从动植物最初出现在陆地上，一直有大量生命聚集在河流周围。这就是早期的泥土积聚在河边的原因，泥土也影响了水的流动方式。戴维斯说：“一旦把泥土从这一平衡系统中剔除，想象世界的陆地上没有那么多泥土，那么地球就会变成一颗完全不同的星球。”