植物和动物是否协调地起着作用，还是为控制地球4气候而发生激烈的冲突？

地球的气候是由有生命的地球的两大王国——动物与植物界的斗争所决定的。动物吸进氧气而呼出二氧化碳，植物则吸进二氧化碳而放出氧。二氧化碳为温室气体，因此可立即得出结论：动物能使地球升温，而植物则使地球降温。如果哪一方占上风，那么就会面临温室世界或又一次严寒期。令人惊奇的是这样极其简单的概念却从来没有人想到过。

生物学观点挑战地质学观点

多年来，流行的观念是多种多样的。人们看到大气不平衡的自然原因不外乎是火山的喷发和岩石的风化。一般认为，动物与植物（一方吸入另一方呼出的气体）它们的生活是和谐的。但俄勒冈大学的土壤科学家G · 雷塔拉克持有不同的看法。他认为，无论何时何地，植物和动物“呼出的气”都不会被平衡掉。他认为发生这种不平衡的时段短则数月，长则可达数亿年。他即将发表论据，说明差不多从第一批昆虫开始在远古的沼泽地到处扎根的日子起，这种不平衡就驱动着大气的化学过程和温度变化。

雷塔拉克讲的是植物与动物间的一种巨大的演变冲突，对手双方包括白蚁和恐龙与青草和木质素（使植物细胞壁坚韧从而使树木不致倒下的物质）。在这个系统中，人类不过是摆弄碳循环的另一群生物。

如果地球独特的大气只是地心气体喷发的结果，那么今日大气中CO₂的含量就远低于其应有的值，而化学性质极为活泼的化学物质——氧（应早就与其他元素结合）的含量则高得多。此外从地质档案来看，地表温度看来与空气的化学组成紧密相关。

大气的组成怎么会那么异乎寻常？怎么会发生使地球气候变化的、关系重大而微小的变动？耶鲁大学的B · 贝尔纳差不多在20年以前提出的主流观点本质上是地质学的观点。该观点认为，CO₂等气体存在着“动态平衡”。火山释放出CO₂，而风化过程则消耗CO₂，最终把炭沉积物堆集于海底。该理论认为，这两个过程间的平衡能保持住大气中化学性质活泼的氧，若稍有不平衡，就会引起气候的变化。

气候变化的原因是否与它有关？

另一种解释是，生物十分活跃地介入了地球的大气调节系统。首次由英国科学家J · 洛夫洛克提出的盖亚理论则认为，生物以某种方式控制了大气，使大气的化学组成有利于地球上的生物。洛夫洛克认为，地球这个恒温器与其说是地质学的还不如说是生物学的，大气已属“生物控制论的范围”。

尽管洛夫洛克关于自动调节的特大生物的概念争议依然很大，但谁也不怀疑生物是作用于大气化学过程的主要力量。例如，土壤中生物的作用往往会加速贝尔纳风化过程——天气愈暖和，生物作用就愈强烈。没有生物，就没有动态平衡可言。

但雷塔拉克认为，盖亚的控制论没有涉及平稳的微调过程。化石与沉积物同位素的比率表明，自古以来，气温和大气中CO₂及氧的含量一直在大幅度地变动，氧含量降低时，CO₂含量升高，反之亦然。分析这一变动，分析地球的“呼吸”，或许可揭示这一过程的实质。

20世纪50年代末，加利福尼亚的斯克利普斯海洋研究所的C · 基尔林发现，一年内CO₂含量的变动约为2%左右。目前，研究人员一致认为，这是由于生物对CO₂的吸收和释放的季节性变化所造成的。植物和其他借光合作用生长的生物消耗空气中的CO₂，在春季更甚。但当秋季和冬季，光合作用多半停止，光合体为土壤中的细菌、霉菌和动物所吞食。后者排出CO₂，使大气中的CO₂含量恢复到原来的水平。由于地表的大部分植被分布在北半球，因此在北半球，夏季大气丢失CO₂，而冬季重又获得。

目前，大气中CO₂每年的增加值略高于降低值，这是因为人们一直在燃烧矿物燃料，从而又加大了CO₂的含量。而雷塔拉克想要知道这种变动是否也发生在较长的时段内。地球的气候会不会是由植物与动物间，或更确切地说是光合体与呼吸体——CO₂的消耗者与制造者之间为争取支配地位进行的斗争所决定的呢？

动植物进化过程与气候变化

从这一视角来探查地球上生物的情况还得从5亿多年以前说起。尽管当时太阳较今日为弱，但由于有充沛的温室气体，故地球较今日暖和。CO₂含量高达今日的20倍，生物正当青春年华。这是寒武纪“爆炸”时期，地球一直被各种各样的生物占领着。作为土壤专家的雷塔拉克说，当时的土壤中充满着把CO₂释放到空气中的呼吸体（从那时起发掘的土壤就布满着倍足纲节肢动物残存的藏身处）。但好景不长——至少对动物是如此。在4.5亿年至3.5亿年前，CO₂含量突然降低——进入了严寒期。

那是怎么回事呢？雷塔拉克认为，在争取优势的演化斗争中植物进行了报复。从化石中显示，那就是含有木质素的维管植物首次出现的时候。木质素使细胞壁坚硬，这样植物就得以长大，就出现了第一批树木。

“木质素使植物占了优势，”雷塔拉克说。随着全球愈多愈大的植物空前大量生长，毫无约束的光合作用从空气中吸取着CO₂。这些植物的根部深深植入土中，岩石的风化作用和土壤的形成过程也就强烈地消耗着更多的CO₂。不能吸收木质素的、饥饿的呼吸体对此无能为力。CO₂含量可能比今日低——在地球的南极形成了冰帽。湿地森林一直通过形成深厚的泥炭沼和煤矿层埋藏着大量的碳。只是在今日，这些煤层中的碳才由于矿物燃料的燃烧而重又释放到空气中。

动物终于通过进一步进化进行了回击，雷塔拉克说。当时的主角是白蚁和恐龙，它们学会了如何食用木质素，如何繁荣昌盛。雷塔拉克说，挖掘那时的土壤布满着白蚁窠和巨大恐龙的尤其是蜥脚类动物等素食动物的足迹可以表明，动物重新取得了优势大概有2亿年。它们粗重的呼吸及对植被的破坏使空气中CO₂的含量升高至超过今日含量之3倍。地球大部分地区酷热而潮湿，又恢复了温室效应。

然而植物并没有被消灭。在6500万年前恐龙遭小行星的碰撞或其他灾难所彻底摧毁而消失后，植物抓住了这一机会。突破点是第一批草地的出现。青草本身不会保存很多CO₂，但能形成软土，即形成含有很多有机质从而含有很多碳的土壤。“一般深达1米处还含有10%的有机质，而森林土壤仅10厘米深度以内才含有这么多有机质，”雷塔拉克说。无论外貌如何，草地生态系含有的碳比森林生态系多。

过去约4000万年来，大量草地布满全局，取代了许多以前的森林地带。雷塔拉克认为，这种生态系控制了地球恒温器，保证对它自己有利的低CO₂含量。新的食草动物逐步形成，在草地上生活并与草地共存。“草地与食草动物共同进化造成了一种前所未见的贫碳生态系，”雷塔拉克说。“我认为目前软土保护着人类的健康。如果没有软土，地球将会热得多。”

在草地的影响下，地球逐渐降温，到达了始于大约500万年以前的冰川期的突变时期。这是否也可以用植物与动物间的斗争来解释呢？雷塔拉克认为可以这样来说明，但不少科学家不同意这种看法。

冰川期大约每10万年出现一次。传统的理论认为，这是地球轴心方向变动的米兰柯维奇周期所引起的，该周期为时10万年。地球每经过一次冰川作用以后，CO₂含量就跃升30%左右。这似乎说明温室气体能增强米兰柯维奇摆动。

而雷塔拉克则更进一步猜测CO₂的变动是否系地球生物王国间自然斗争的结果。他说，“米兰柯维奇理论给我的印象不深；我认为生态系控制着一切。”地球轴心方向的变化显然与气温的实际变化不相称。同样的问题是，地球轴心方向的变化引起太阳辐射的变化是平稳的，而冰川作用却不平稳。地球在好几万年间逐渐降温，然后在不到十分之一的时间内重又热起来。“某种重要的作用突然停止了。”怎么会突然停止的？但不管怎么说，如没有地球的摆动，这种作用会突然停止吗？

土壤提供的线索

雷塔拉克承认对此没有明确的答案，但他认为土壤可提供重要的线索。他的研究揭示，当冰川期来去时，大陆中央土壤的组成有剧烈的变动，“从潮湿的草地转变为干燥的蒿草丛又再变回去。”雷塔拉克认为，生态系在驱动着冰川作用，碳在草地拥有优势时进入土壤，而在蒿草丛阶段重又离开土壤。一般对这一看法依然不能接受。但认为生物在冰川期可能起着重要作用的不单是雷塔拉克一人。瑞典哥德堡大学的L · 弗兰克也认为，从大气中吸取大量CO₂的泥炭沼的形成过程可能把地球引入冰川化——而当沼泽在冰的作用下衰退时又会把地球从冰川作用下拉出来。总之，不能不认真考虑在更多的时间段内生物能推动气候变化的不断增加着的证据。

植物始终在人类生产氧气

去年11月，在里诺举行的美国地质学会年会上公开了雷塔拉克的看法。听众是难以说服的：地质学家终究习惯于把自己研究的过程看作地球环境变化的驱动因素。

雷塔拉克说，他的一些主张极为勉强地得到发表。“尤其是草地会导致气温降低的看法，尽管我掌握大量支持这一看法的证据，但还是招致强烈的反对。”他的材料在遭到许多主要杂志的退稿后，不久将在《地质学杂志》上发表。“我拥有从美国的俄勒冈和大平原到肯尼亚再到巴基斯坦的2000个土样的数据。它们都说明草原演化时软土增加，直到覆盖大约五分之一的地球表面为止。这材料当极为有用。”他说。

雷塔拉克尽力说明他并未低估生物学的功能也并非纯粹的盖亚理论信奉者。实际上他承认目前以生物学为基础的理论比他自己的理论“可能更接近证实”。生物在我们地球的许多演化过程中对气候的曲折变化起了至关重要的作用。作为土壤学家，他确信土壤就是根据。

[New Scientist，2001年6月16日]