对于地质学家来说,无法解释的山脉总是令人不安。但对于某些生活在淤泥中的细菌来说,制造白云石不成问题。
地球曾有过大量形成白云石的时期——就像意大利阿尔卑斯山的白云石山脉一样,法国矿物学家 Déodat de Dolomieu 于 1791 年在那里发现了这种矿物。然而,如今白云石只在少数几个盐沼和潟湖中形成。这种矿物的成分——镁、钙和碳酸根离子——在海水中很常见,但将这些成分排列成整齐有序、交替分层的必要条件似乎已经变得稀少。过去两个世纪里,地质学家一直对白云石问题感到困惑,而苏黎世联邦理工学院的 Judith McKenzie 也为此困扰了近二十年。但现在她认为自己可能已经解决了这个问题。她说,白云石是由一类消耗硫酸盐的细菌制造的,这类细菌可能曾经更为普遍。
McKenzie 和一位巴西研究生 Crisogono Vasconcelos 发现,在里约热内卢附近的一个潟湖底部,在缺氧、富含硫酸盐的淤泥中,白云石晶体仍在形成。一般来说,地质学家认为硫酸盐会抑制白云石的形成,因为带负电的硫酸根离子倾向于束缚水中带正电的镁离子,使其不易用于制造白云石。镁是区分白云石与其他碳酸钙矿物(如石灰石)的关键成分。
但 McKenzie 注意到关于红潟湖(或葡萄牙语中的 Lagoa Vermelha)的两件事:湖水浑浊且呈红色,因为它含有大量微小颗粒,并且散发出腐蛋味。她断定这些颗粒是硫酸盐还原菌,它们从硫酸盐中获取氧气;在此过程中,它们会产生硫化氢,硫化氢闻起来像腐蛋。也许,McKenzie 认为,这些细菌可能与潟湖中白云石的形成有关。
这个想法并非全新:德克萨斯大学的地质学家 Robert Folk 多年来一直声称在白云石和其他碳酸盐晶体的电子显微照片中看到了细菌。McKenzie 决定通过实验来检验这个想法。她从红潟湖中提取细菌,并将它们混合到由沙子、营养物质、硫酸盐以及制造白云石的所有成分组成的模拟淤泥中。然后她把混合物放进冰箱。一年后检查时,她发现沙粒上附着着白色沉淀物,将它们松散地固定在一起。在扫描电子显微镜下仔细观察后发现,细菌本身被白色晶体包围——从它们弯曲 X 射线的方式来看,这些晶体竟然是白云石。不含细菌的淤泥样品没有显示出晶体。
McKenzie 认为,就白云石的形成而言,细菌将红潟湖中的硫酸盐从不利因素变成了有利因素。当它们吸收硫酸盐时,也会吸收镁离子。它们利用其中一些作为营养物质,然后排出剩余的。它们对钙也做同样的事情,并且在呼吸过程中还会排出碳酸氢根离子作为副产品。换句话说,细菌排出了白云石的所有成分——从而为这些成分在其细胞壁上聚集提供了机会。
硫酸盐还原菌可能无法单独形成巨大的白云石。但一旦它们提供了第一批晶体,无机过程就可以接管,在细菌模板的基础上进行构建。McKenzie 指出,数十亿年前,在高等植物进化之前,地球大气中的游离氧含量要少得多,而氧气是硫酸盐还原菌无法耐受的气体。那时这些细菌可能在更多地方繁衍,这或许可以解释为什么白云石形成如此丰富。
然而,意大利的白云石山(Alpi Dolomitiche)是一个特例:那里的岩石最初是由海底的珊瑚和贝壳形成的简单碳酸钙。只有后来,通过有序地添加镁——以及 McKenzie 怀疑的硫酸盐还原菌的作用——才转化为白云石。McKenzie 解释说,许多人认为在自然条件下形成这种矿物的问题在于如何实现如此高度的有序性。我们在实验中看到的是,生物因素可以克服这个障碍。














