生命起源研究

生命起源的是关于地球上的生命如何自然发生的。2017年，科学家在加拿大魁北克发现42.8亿年前的微生物化石，可能是地球上最古老的生命证据。赤铁矿管状物。研究人员称它们是最古老的微生物化石，是地球上生命的最早证据。图片：Matthew Dodd长期以来，生物学家一直希望了解地球上最早的生命有机体的性质。如果可以找到的话，也许就可以说出生命在地球上的出现方式、时间和地点，甚至可以以此判断生命是否在宇宙中普遍存在。生物学家将所有生命体归为三个大类（域）。其中两类 - 细菌和古细菌 – 是由单细胞生物组成的，称为原核生物，而第三类是真核生物，包括我们熟悉的大多数较大的多细胞生物：真菌、动植物。在这三个大类中，毫无疑问真核生物是最后进化的，但是关于它们之间的关系以及哪个更早出现仍然有许多争议。流行的观点认为细菌、古菌和真核生物各代表了一支具有简单遗传机制的远祖生物的后代。这种分类非常流行，但远祖生物的说法并未被普遍接受。一些生物学家认为古细菌和真核生物产生于特化的细菌。古细菌和真核生物的关系也是个难题。虽然很多遗传树将二者并在一起，但是，在一些细菌中发现了和古细菌类似的基因，使这些关系变得复杂起来。一些人认为真核生物起源于古细菌和细菌的融合，二者分别演变为细胞核和细胞质。这解释了很多基因上的相似性，但在解释细胞结构上很不成功。传统观点认为生命具有单一的共同祖先生物学中的一个基本问题是地球上最初的生命形式是什么。有两种基本的方法可以尝试解决这一问题。首先，我们可以寻找生物学记录可能遗留在地质记录中的证据。第二，我们可以使用基因序列的比较来尝试了解哪些序列最古老。很明显，无法知道最初的生物吃什么以及它们生活在何处，但DNA分析能够发现可能进化的速度。东京理工大学和马克斯·普朗克研究所设计了一项宏大的工程，分析了数千种微生物的DNA数据，通过比较得出了数千种系统发育树，以试图鉴定最古老的基因以及它们何时可能进化，并了解基因如何在生物之间转移以解释共同祖先的性质。将温泉水染色的古细菌分析得到的DNA数据是混乱和模糊不清的。在生命的早期，不同的基因类型以不同的速率发生变化。这表明早期的突变率比现在高得多，经常出现“基因跳跃”，这使得无法对生命的早期“家谱”进行一个简单的解释，比如谁是谁的祖先或者谁与谁更相似。在细菌和古细菌之间“混合”进化的蛋白质，不存在单一的共同祖先。图片：Berkemer and McGlynn因此，了解早期的生命可能比以前想象的要更难。它们很可能不是一种或者几种，也许是成千上万种，经过混乱的交流，最终形成几个稳定的类别，并一直流传下来。

美国斯克里普斯学会（Scripps Institute）的科学家对地球生命起源进行了研究，结果表明，DNA和RNA分子的自我复制混合物可能是地球上第一个活着的“有机体”。信息和新闻门户网站EVO-RUS.COM报道了这一观点。如前所述，能够繁殖的生命是通过起源于地球的RNA分子。科学家的新研究表明，该分子具有太多的“粘性”，因此在其基础上产生的新线无法脱离母体分子。专家认为，地球上的生命可能起源于DNA和RNA的嵌合分子。

虽然科学家研究了许久，但是地球生命起源一直是一个谜，而在最近科学家似乎找到了线索，根据一项最新的研究表明，我们地球的生命可能与一次远古的大碰撞有关，这次碰撞不仅诞生了地球的生命，还诞生了地球的唯一卫星——月球，这到底是怎么回事呢？大约在44亿年前，在太空中有一颗被称为“忒亚”的小行星在宇宙中遨游，与当时尚未有生命痕迹的地球相遇，这次的大碰撞将许多的物质撞击到太空，小行星大部分被地球所吞没，然被洒向空中的物质则由于引力原因形成了月球。两次大碰撞！6500万年前让恐龙灭绝，44亿年前却给地球带来生命！事实上这个月球诞生的假说，在很早之前已经被科学家承认，而新的研究则是证明这次大撞击比预想要严重的多，科学家认为这次大撞击，很大可能给地球带来了从未有过的元素，例如碳、氮和硫，而这些正是生命所必须的元素。为了证明理论的正确，科学家做了一个实验，在实验室模拟了当时情况，科学家模拟了44亿年前的地球模样，然后通过不断的改变当时地球的温度，还有压力和硫的不同比例，来确定生命在何种情况下最适合诞生，结果科学家发现在高浓度的硫存在的情况下更加适合。此后科学家制定了一套程序，让计算机模拟了数十亿种，可能产生大规模硫化物的可能性，计算机最后得出了几个不同的结果，而概率最高的则是一个核心包含大约25到30%硫的巨大小行星与地球碰撞产生的，科学家表示，实验还会继续进行下去，以获得更多的讯息来证明这次的推测！

SA：比较行星学视角看生命起源生命起源是人类一直关心的基本科学问题，研究表明生命起源的路径可能有多条。目前学术界普遍接受的观点是化学起源，它包括前生命合成过程和分子自组装过程两步。前生命化学过程合成了核苷酸、氨基酸和脂质的分子构建模块，这些分子模块进一步自组装形成细胞（Lin et al., 2019; Jordan et al., 2019）。关于前生命合成化学模型，一类没有考虑行星环境背景，只做实验室化学合成，比如低效率地合成非选择性的核苷。另一类则考虑了行星环境背景，比如著名的米勒模拟实验（Miller, 1953）就模拟了还原大气发生的闪电作用，深海热液喷口附近低效率地合成少量相关分子及其副产物，但缺少化学实验验证。近几年，英国剑桥大学的John D. Sutherland团队在前生命化学合成领域取得了新的突破，成功用HCN（氢氰酸）、H2S（硫化氢）和紫外线合成了核酸、氨基酸和脂质的前体，即Cyanosulfidic模型（Ritson et al., 2018; Patel et al., 2015）。这种模型将实验室的结果和现存生命分子的核心生化性质、行星地质、地球化学和天体物理学的认识结合起来（Baross et al., 2020; Betts et al., 2018）（图1），为理解生命的起源提供了重要的依据。图1 研究生命起源的四种方法（Baross et al., 2020）综合前生命化学和行星早期表面环境演化的最新研究进展，假定生命起源的环境可以通过比较行星学获得认识（地球早期环境的沉积记录被构造改造），今年，美国哈佛大学Dimitar D. Sasselov教授、加州理工大学John P. Grotzinger教授与John D. Sutherland教授在Science Advances上系统论述了Cyanosulfidic模型是如何与行星早期环境的演化密切相关（Sasselov et al., 2020）。陨石撞击、闪电和太阳耀斑对原始大气（CO2、N2和水蒸气）进行高能改造，生成HCN、CO和NO。HCN作为前生命化学的原材料，必须要在地球表面积累到一定浓度。生成的HCN与富Fe2+还原湖泊、潟湖和浅海发生反应，生成不溶于水的亚铁氰化物盐比如CaK2[Fe(CN)6]和MgNa2[Fe(CN)6]。亚铁氰化物盐在干燥-湿润的气候循环下在沉积盆地中不断富集，经过102~103年时间尺度，就有足够的HCN类盐供前生命化学合成。亚铁氰化物盐经过火山活动或者陨石撞击等热变质作用会形成变质盐类，比如CaCN2、KCN、Mg3N2和NaCN，这些盐类一旦和pH中性附近的液态水接触，就会快速变成活性的H2CN2、HCN和NH3。在中程紫外线的照射和磷酸盐、亚硝酸盐的参与下，火山喷发的高浓度SO2和HCN快速发生反应，生成现存生物分子的核酸、氨基酸和脂类前身而很少产出副产物（图2）。图2 Cyanosulfidic前生命化学模型所需的原始化合物的积累过程。浅水盆地沉积物形成，以及它们与水圈、大气圈相互作用的模型（Sasselov et al., 2020）Cyanosulfidic化学模型所需要的条件在古老的火星和地球应该很常见。在地球和火星早期，陨石撞击、闪电、火山作用和太阳耀斑很活跃，根据理论推测，原始大气可能均含有N2-CO2（图3），因此原始大气通过高能改造可以生成前生命化学的原材料HCN。火星Gale陨石坑保存的湿润-干燥湖相沉积物富含氰化物盐，也支持了火星早期可能具有类似于Cyanosulfidic模型的前生命化学过程。火星保存的38亿年前的沉积岩还含有多种自生和成岩矿物，这些矿物含有不同价态的C、H、O、S、N、P、Fe、Mn等元素，指示了早期火星曾经有大量中-弱酸性、不同盐度的湖泊，生命元素循环活跃（图3）。另外火星岩石或者陨石中能观察到中-低等变质作用，说明火星很可能受过火山作用和陨石撞击等热变质事件，火山作用释放出的SO2可以为Cyanosulfidic反应提供原材料。前生命合成过程所需要的原材料和条件，没有一种环境能够同时满足，很可能不同的环境背景生成不同的生命分子，通过雨水河流将这些生命分子搬运到一起（Global Chemical Reactor; Stüeken et al., 2013）（图4）。因此，前生命化学条件可能在早期火星和地球很常见（Sasselov et al., 2020）。 图3 火星和地球演化历程的示意图（Sasselov et al., 2020）图4 冥古宙时期地球不同环境发生的前生命化学过程（Stueken et al., 2013）Cyanosulfidic化学模型的提出代表着前生命合成路径已得到初步理论支持和实验室验证，还差早期地球和火星环境的实证。美国宇航局2020年发射的火星探测器将着陆Jezero陨石坑，为生命的起源研究提供前所未有的机遇。另外，对于早期地球环境的认识，主要基于比较行星学的研究。理论预测石质行星最终会演化出氧化地幔，从而具有N2-CO2大气和稳定的气候。虽然目前无法直接观测地球和火星早期的大气状态，但通过观测不同演化阶段的地外石质行星的大气光谱，可以有助于理解早期地球和火星大气的组成。液态H2O的分布对于生命起源和宜居环境起到重要的作用，火星表面水的存续时间是否支持前生命合成还有待于火星探测器对火星早期的环境进行考察。未来生命起源的研究还需要更多学科交叉并相互印证。【致谢：感谢地星室胡森副研究员的宝贵修改建议。】主要参考文献Baross J A, Anderson R E, Stüeken E E. The environmental roots of the origin of life // Meadows V et al. (Eds.).Planetary Astrobiology. Tucson: University of Arizona Press, 2020: 71-92.Betts H C, Puttick M N, Clark J W, et al. Integrated genomic andfossil evidence illuminates life’s early evolution and eukaryote origin[J]. Nature Ecology & Evolution, 2018, 2(10): 1556-1562.Jordan S F, Rammu H, Zheludev I N, et al. Promotion of protocellself-assembly from mixed amphiphiles at the origin of life[J]. Nature Ecology & Evolution, 2019, 3(12): 1705-1714.Lin W, Li Y, Wang G, et al. Overview and perspectives of Astrobiology[J]. Chinese Science Bulletin, 2019, 65(5): 380-391.Miller S L. A proction of amino acids under possible primitive earth conditions[J]. Science, 1953, 117(3046): 528-529.Patel B H, Percivalle C, Ritson D J, et al. Common origins of RNA, protein and lipid precursors in a cyanosulfidic protometabolism[J]. Nature Chemistry, 2015, 7(4): 301-307.Ritson D J, Battilocchio C, Ley S V, et al. Mimicking the surface and prebiotic chemistry of early Earth using flow chemistry[J]. Nature Communications, 2018, 9(1): 1-10.Sasselov D D, Grotzinger J P, Sutherland J D. The origin of life asa planetary phenomenon[J]. Science Advances, 2020, 6(6): eaax3419.Stüeken E E, Anderson R E, Bowman J S, et al. Did life originate from a global chemical reactor?[J]. Geobiology, 2013, 11(2):101-126.（撰稿：陈妍，林巍/地星室）校对：陶琴

科学家们在实验室里重现了40亿年前生命成分是如何在海洋深处形成的。这项新研究的结果为我们提供了线索，告诉我们地球上的生命是如何开始的，以及我们可能在宇宙中的其他地方找到它。(在实验室里形成微型热液烟囱的延时视频，就像在早期的地球海洋里一样。自然通风孔可以持续形成数千年，并长到几十码(米)高。)天体生物学家劳里·驳船和她在美国宇航局加州帕萨迪纳喷气推进实验室的团队，正在通过研究地球上生命的起源来识别其他星球上的生命。他们的研究集中在海底热液喷口中生命的组成部分是如何形成的。为了在实验室中重建热液喷口，该团队用模拟地球原始海洋的混合物填充烧杯，制造了自己的微型海底。这些实验室的海洋是氨基酸的温床，氨基酸是我们所知的生命所必需的有机化合物。就像乐高积木一样，氨基酸相互叠加形成蛋白质，构成所有生物。《国家科学院学报》上发表的这项新研究的首席研究员和第一作者Barge说:“在你拥有一个真正的细胞之前，了解有机物和矿物质能让你走多远，这对了解生命可能从什么样的环境中诞生是非常重要的”。“此外，调查大气、海洋和通风口中的矿物质等因素对这一切的影响，可以帮助你了解这种情况在另一个星球上发生的可能性。”发现于海底裂缝周围的热液喷口是形成天然烟囱的地方，释放出地壳以下受热的流体。当这些烟囱与周围的海水相互作用时，它们创造了一个不断变化的环境，这是生命进化和变化所必需的。这种由地球化学能供给的黑暗、温暖的环境，可能是远离太阳热量的太阳系以外世界上生命形成的关键。“如果地球上有这些热液喷口，其他星球上可能会发生类似的反应，”JPL的Erika Flores说，他是这项新研究的共同作者。驳船和弗洛雷斯在他们的实验中使用了早期地球海洋中常见的成分。它们结合了水、矿物质以及丙酮酸盐和氨的“前体”分子，这是开始氨基酸形成所必需的。他们通过将溶液加热到华氏158度(摄氏70度)来验证他们的假设——温度与热液喷口附近的温度相同——并调节pH值来模拟碱性环境。他们还去除了混合物中的氧气，因为与今天不同，早期地球海洋中的氧气非常少。该团队还使用了矿物氢氧化铁，即早期地球上丰富的“绿色铁锈”。绿色铁锈与小组注入溶液中的少量氧气反应，产生氨基酸丙氨酸和α-羟基酸乳酸盐。α羟基酸是氨基酸反应的副产品，但是一些科学家推测它们也可以结合形成更复杂的有机分子，从而导致生命。热液喷口是海底的一个地方，来自地壳下面的温水与接近冰点的海水混合。这些通风口形成了天然烟囱，它们是各种海洋生物的宿主。“我们已经表明，在类似于早期地球的地质条件下，也许在其他行星上，我们可以在温和的条件下，通过简单的反应形成氨基酸和α-羟基酸，而这些条件本来会存在于海底，”驳船说。驳船在实验室中创造的氨基酸和α-羟基酸是对生命起源长达九年研究的成果。过去的研究着眼于热液喷口中是否发现了生命的正确成分，以及这些喷口能产生多少能量(足够给一个灯泡供电)。但是这项新的研究是她的团队第一次观察到一个与热液喷口非常相似的环境驱动有机反应。Barge和她的团队将继续研究这些反应，期待找到更多的生命成分，创造更复杂的分子。

一项最新研究认为，闪电为原始地球提供了足够的磷元素来促成生命出现，这为地球生命起源提供了另一种解释，也为寻找地球以外的生命提供了可能性。早期地球闪电频袭长期以来，科学家普遍认为地球早期遭流星撞击获得大量外太空矿物质，比如磷，从而“激发”地球上出现生命。磷是生命的重要组成部分，形成基本的细胞结构和DNA和RNA的双螺旋形状。但是，在数十亿年前的早期地球上，这一元素大量存在于难溶于水的矿物里，与生命起源相距甚远。而一种名为陨磷铁矿石（schreibersite）的物质具有很高的活性，能够产生形成有机分子的磷，可溶于水。来自美国和英国的研究人员意外发现闪电熔岩样本含有大量罕见陨磷铁矿石。研究报告于当地时间3月16日刊载于英国《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。闪电熔岩闪电熔岩是闪电击向地表时在瞬间高温作用下生成的一种类似玻璃的岩石，极为罕见。研究人员使用最先进的图像技术分析了每一次闪电中形成的磷矿物质的数量。然后，他们估计了大约35亿年前，在地球上生命出现之前和前后的亿万年间，可能产生的陨磷铁矿石数量。这项研究的主要作者、美国耶鲁大学地球与行星科学系博士生本杰明·赫斯(Benjamin Hess)表示：“早期地球上的闪电可能提供了大量的磷还原。”赫斯说，一般猜测地球生命起源于地表浅水域，多数模拟生命起源模型基于可携带少量陨磷铁矿石的陨石，但早期地球闪电频袭，意味着地表生命起源“所需的磷不仅仅来自流星撞击”。用于研究的闪电熔岩样本通过对早期地球气候的模拟，研究人员认为流星对地球的撞击在45亿年前月球形成以后次数开始减少，之后闪电频发，至35亿年前左右就已超过天体撞击地球的次数，每年可形成110公斤至11000公斤的磷。这个时间恰好与生命的起源不谋而合，因而闪电“可能在地球生命起源过程中起到重要作用”。赫斯也表示，这项研究并不完全否定陨石是地球上磷元素的一种来源，但地球“在生命出现前后，陨石影响比10年前猜测的要小得多”。研究人员还认为，基于相同机制，闪电也可能成为向其他类地行星提供生命起源所需磷的非常重要方法。南都记者 史明磊来源：南方都市报声明：本文已注明转载出处，如有侵权请联系我们删除！联系邮箱：news@ersanli.cn

从一连串化石新发现来看，地球生命的起源时间或许比任何人想象中都早。一种广受认可的太阳系起源理论也因此受到挑战。在澳大利亚西北部干旱炎热的一角，就在南回归线上，地球最古老的一面暴露在白昼之下。在海岸城市黑德兰港以南，驱车穿越澳洲的北部内陆，不一会儿，你便来到一片被时间磨平了棱角的丘陵。这是皮尔巴拉稳定地块（Pilbara Craton）的一部分，它成形于35亿年前，也就是地球刚刚诞生之时。艺术想象图：“后期重轰炸期”的年轻地球再凑近一点看。透过丘陵间的一条缝隙，橙色夹心棒冰一样的古岩石胡乱外溢：这是一个沉积层，名为顶点燧石（Apex Chert）。其中有一些微型管道，只有用显微镜才能看到。有的管道像是描绘龙卷风的岩画；有的像被压扁的蠕虫。有史以来，在地球上收集到的所有岩石样本中，它们是最具争议性的一批，而且它们所展现的，也许是迄今发现的最古老的生命形态。围绕这些生命形态的本质，学术界已经争论了数十年。去年12月，不同研究团队又发起了新一轮攻势。按照威斯康辛大学地质化学家约翰·瓦利（John Valley）的说法，这些生命形态就是生物化石，而且可追溯至34.65亿年前。若此话不假，那么，这可能意味着，在动荡不定的早期地球上，生命的多样性就已然十分惊人了。上图：一块距今约35亿年的岩石，取自西澳大利亚“顶点燧石”沉积层。下图：“顶点燧石”样本中发现的一例微化石。包括上述发现在内，近来的很多研究都针对远古时代的地球，描绘了一幅全新的图景。近一年来，多个不同的团队或挖掘、或粉碎、或用激光冲击，分析了各种岩石样本。这些岩石中可能含有37亿年、39.5亿年乃至42.8亿年前的生命。这些微化石——或是相应的化学证据——成为了争论的焦点，但也给传统的地球起源理论笼上了疑云。按照传统看法，地球在成形之初的5亿年里，就是一个炼狱。这个初生的世界被火山喷发撕裂着，被其他行星的碎片撞击着，环境恶劣至极，并因此得名“Hadean”——希腊神话中的冥府之名，中文译为冥古宙。直到大约38亿年前，在一场剧烈的小行星撞击结束后，生命才开始进化。但这种说法日益遭到质疑。眼下，很多地质学家都认为，从一开始，地球上的气候也许就温和而湿润。已知最古老的岩石告诉我们，44亿年前，地壳的某些部分就已经冷却并凝固下来。分析岩石中的氧元素可知，早在43亿年前，地球上就存在水。而且，陨石撞击也可能随着太阳系动荡的逐渐停息，慢慢地偃旗息鼓，而不是在一场大爆发后戛然而止。“很早以前，地球的某些方面就跟现在十分类似了。上面有水，或许还有一部分稳定的地壳。若说有一个适宜生存的环境，并存在某些形式的生命，并不是完全没有可能。”加州大学洛杉矶分校的地质化学家伊丽莎白·贝尔（Elizabeth Bell）说。结合来自月球和古代地球的最新证据，一幅跟冥古宙地球截然不同的画面开始显现：地球坚如磐石、气候温和湿润，且不受陨石撞击，从一开始，便是个伊甸园。 古老的线索 大约45.4亿年前，在太阳诞生后余下的灰尘与岩石之中，地球逐渐成形了。小一点的碎片持续击打着婴儿期的地球，给它加热；放射性物质又使它进一步升温。地表是一片岩浆的海洋。当时的地球并非岩质星球，而是一个炽热的岩浆球。地球成形后没多久，一颗一意孤行的行星就重重地撞了上来，巨大的冲击力将地球汽化重塑，月球也由此产生。之后，陨石撞击并未停止，有的留下了直径1000公里的陨石坑。按照传统的冥古宙时期理论，这些撞击在一场名为“后期重轰炸期”（又称“月球大灾变”）的轰炸中达到巅峰，即小行星向内太阳系迁徙的途中，向岩质星球发起的猛烈冲击。这一时期大约在38亿年前结束，在此过程中，地球都是炽热的岩浆，无法支撑起稳固的岩质地壳，孕育生命更是无从谈起。“月球大灾变理论”遭遇冲击按照早期太阳系的标准理论，频繁的小行星撞击使地球如同炼狱一般。但新的化石发现向这种观点——尤其是后期重轰炸期观点——发起了挑战。45.5亿年前在太阳诞生后余下的碎片中，地球逐渐成形。45亿年前地球被一个行星大小的天体砸中，月球由此诞生。45亿-41亿年前太阳诞生后余下的小行星继续冲击早期地球。40亿-38亿年前后期重轰炸期来临，地球受到进一步冲击。38亿年前一场重击之后，月球上形成雨海，一个直径1000公里的环形山。近期的生物化石发现一系列研究都宣称，它们找到了40多亿年前地球上存在水与生命的证据，后期重轰炸期理论由此受到质疑。但大约十年前，这幅图景开始改变，主要原因是一种名为锆石的微晶体。这种宝石通常只有一个英文句点般大小，但它告诉我们：早在43亿年前，地球就已经相对冷却、潮湿，甚至可能适宜生命生存。近年来，古岩石中发现的化石又为这种理论提供了新的证据。皮尔巴拉稳定地块中的微化石就是最新一例。当前，最古老的疑似生命遗迹至少有37.7亿岁，甚至可达42.8亿岁。只不过，这个证据被很多科学家怀疑乃至否认。2017年3月，伦敦大学学院地质化学家多米尼克·帕皮诺（Dominic Papineau）和学生马修·多德（Matthew Dodd）一起，介绍了一种在加拿大魁北克省远古岩石中发现的管状化石。该岩层名为努弗沃格塔克绿岩带（Nuvvuagittuq Greenstone Belt），是地球原始海床的一小部分。化石宽度为头发丝的一半，长仅0.5毫米。多德称，它们由赤铁矿构成，有可能是微生物群落的化石，历史最早可追溯至42.8亿年前。努弗沃格塔克绿岩带中的红色岩石，其中或许包含管状微生物化石，年代至少可追溯至37.7亿年前。“它们有可能在岩浆口周围的岩石上，形成了一层凝胶状、铁锈红的地毯。”多德说。今天的海洋中就存在类似的结构，在阳光触及不到的、黑暗的热液柱周围，微生物和血红色的管状蠕虫一派生机盎然。多德发现，这些管状化石的附近存在石墨，并伴随“蜂巢饼”状的碳酸盐——含有有机物质的微型碳环。非生物过程也可以形成这样的碳酸盐，但除此之外，多德还发现了磷灰石（一类含钙的磷酸盐矿物），他表示，它可以作为生物活动的存在证据。研究人员还分析了石墨中不同碳同位素的比率。大体而言，生命体喜欢使用相对较轻的同位素，因此，碳12相对碳13来说更加富集，就可作为一个指标，用来推测过去的生物活动。“蜂巢饼”附近的石墨也可能是生命存在的痕迹。综合起来，多德表示，这些管状物及其周围的化学物质表明，它们有可能是深海热液喷口附近，古老微生物群落的遗迹。对于遗迹所处岩石带的确切年代，学界仍有争议，但大家一致认为，其中的确包含了地球上最古老的含铁岩层之一。这表明，那些化石也一样古老，比之前的很多发现都古老得多，而且大大超出了很多科学家划定的时间界限。这些微化石很像如今生长在深海热液喷口附近的海洋生命。到了2017年9月，日本研究人员分析了萨格莱克地块（Saglek Block）的一些石墨屑，并发表了研究结果。该沉积岩位于加拿大拉布拉多省，有39.5亿年历史。东京大学的佐野有司（Yuji Sano）和小宫刚（Tsuyoshi Komiya）称，其中的碳同位素比率表明，这些石墨也来源于生命活动。但它们并不具备化石特征；另外，其周围岩石的历史也含糊不清，就是说，这些碳可能没那么古老。再往东，在格陵兰岛西南部，另一个团队也找到了远古生命的证据。2016年8月，澳大利亚伍伦贡大学的艾伦·纳特曼（Allen Nutman）和同事们报告称，他们发现了37亿年前的叠层石，即微生物的化石遗迹。艾伦·纳特曼在格陵兰岛南部的伊苏阿带，勘探古微生物。对以上每一项发现，很多地质学家都持有怀疑态度。比如，纳特曼发现的化石来自格陵兰岛南部的伊苏阿带，那里有地球上已知最古老的沉积岩。但它解读起来却困难重重。前面提到，非生物过程也能形成“蜂巢饼”式的碳酸盐，同样的道理，无需生命的参与，最基础的化学反应就能产生足够多的叠层结构，这就意味着，它们也可能不是叠层石，而是无生命活动的顶替品。另外，几十亿年来，努弗沃格塔克绿岩带和伊苏阿带都曾被重新加热、挤压，在此过程中，岩石会融化、再结晶，这样就脱离了原先的沉积态。“我并不是觉得别的研究不对，只是说，它们不足以充当证据。”威斯康辛大学的瓦利表示，“我们只能说，纳特曼的石头看着很像叠层石，这非常有吸引力。”而对于他在皮尔巴拉稳定地块中找到的化石，瓦利就没有那么审慎了。这些叠层石在沉积岩中形成了波浪形的小山包。竖线是研究人员的切割线。生命的迹象这些微化石在皮尔巴拉稳定地块中沉睡了34.65亿年，直到被科学家发现后，才被分离出原生岩，然后打包运往加州。1993年，加州大学洛杉矶分校的古生物学家威廉·舍普夫（William Schopf）发表论文，论述了他在岩石样本中发现的奇特波浪线，以及他所鉴定出来的11个微生物分类单元。有些持不同意见的人表示，这些形态有可能是非生物过程的结果，对此，地质学家们一直争论至今。去年，舍普夫给瓦利发去一份样本，因为瓦利除了是这方面的专家，还精通一种测量同位素比率的超精密仪器，名为二次离子质谱仪。瓦利的团队发现，其中一些化石的碳同位素比率与现代光合细菌一样。另有三种化石的同位素比率跟消耗或产生甲烷的微生物一致。而且，这些同位素比率与舍普夫鉴定结果中的某些物种相对应。瓦利称，出现这些同位素比率的地方与这些微化石的形状相契合。他还表示，在物理和化学层面都很像化石的样本中，这些样本是最古老的。瓦利在威斯康辛大学麦迪逊分校的质谱仪实验室内。如果你接受多德、小宫刚和纳特曼对各自样本年代的论述，你会认为，舍普夫和瓦利的样本并不是最古老的，即便如此，它依然有其独特之处，那便是多样性。他们探测到的碳同位素比率丰富多样，这表明，岩石上存在的，是一个错综复杂的原始生物体群落。必定要有充分的进化时间，它们才得以迭代出无穷的生命形式。也就是说，它们的发端一定早于34.65亿年前，而这意味着，我们真正的祖先比大家想象中要古老得多。湿润的世界其实在科学家发现这些化石之前，就有迹象表明，早期地球也许是伊甸园而非炼狱。早在2001年，这些岩石本身就开始提供证据。那一年，瓦利发现的锆石表明，早在44亿年前，地球就已经存在地壳。锆石是一种结晶矿物质，内含硅、氧、锆，有时还含有其他元素。锆石在岩浆中形成，它和更为人熟知的其他碳晶体一样亘古不变。锆石比孵化它的岩体更加持久，能经受住几十亿年难以言说的压力、腐蚀和变形。因此，它们是冥古宙保存至今的唯一一种石头，成为弥足珍贵的“时间胶囊”。在西澳大利亚的杰克山岗（Jack Hills），瓦利取得了一些锆石样本，其中的氧同位素比率表明，形成这些晶体的物质曾受到液态水的锻造。这表明，地壳冷却、凝固并积水的时间比已知最早的沉积岩至少还要往前推4亿年。有液态水，就可能有整片的海洋，瓦利说。其他的锆石研究也得出了同样的结论。“冥古宙时期的地球不是炼狱。这是我们从锆石中得出的结论。当然，火山还是存在的，但这些火山周围很有可能是海洋。至少会有一部分是陆地。”他说。那些锆石表明，当时的地球甚至可能还有生命存在。在2015年发表的研究中，贝尔与合著者提出了另一项证据，它同样来自杰克山岗，是一块41亿岁的锆石微晶体中的石墨。该石墨的碳同位素比率表明，其中存在生物活动的可能性，不过该结论依然备受争议。“除了有生命存在，还有没有别的解释？有。”贝尔说，“但在我看来，用碳同位素比率作为某种化石或生物源结构的证据，这是最可靠的证明方式。”在41亿岁锆石样本的X光片中，碳沉积形成的多处黑点隐约可见。如果古岩石中的蛛丝马迹没有误导我们，那么，它们就说明，从始至终，生命都无处不在。科学家将目光投向哪里，哪里就有生命及其化学反应的证据，不论是化石，还是亿万年前生命骚动过的痕迹。也许，生命根本就不挑剔，也不脆弱，你能想象到的最恶劣的环境，它都可以攻克。“在地球面临最大冲击的同时，生命也在做一些有趣的事情。”美国西南研究院的行星科学家比尔·博科（Bill Bottke）说。也许不然。也许早期地球并没有那么可怕。也许陨石撞击并没有你我想象中那么剧烈。证据过去，地球和其他所有天体一样，都曾遭到小行星的猛烈冲击。月球、火星、金星和水星都见证了这种原始暴击。问题在于，这些冲击发生在何时，持续了多久。基于“阿波罗”登月飞船带回的样本，科学家开始认为，冥古宙期间，地球至少经历过两次泾渭分明的撞击期。第一个时期是行星形成过程中产生的不可避免的副作用：那些较大的小行星被行星们分走，木星则将剩余的碎片收入自己的小行星带，这个过程耗费了一定的时间。然后是第二个时期。它始于太阳系形成后的5亿-7亿年间，在大约38亿年前，逐渐偃旗息鼓。这一时期被称为后期重轰炸期，或月球大灾变。地质化学就是如此：一场波及全球的闪电风暴，一场史诗级规模的事件，都是从最小的蛛丝马迹中推导出来的。“阿波罗号”样本中的钾和氩同位素表明，在月球形成大约5亿年后，月球的一些部分突然熔融了。科学家以此为证据，认为在月球的历史上，它曾被猛烈撞击过。锆石也提供了初步物理证据，揭露了后期重轰炸期的一些遗迹。一些锆石中含有某些矿物，那是极端高温与高压留下的印记，有可能标志着曾经出现过的恶劣条件。很多锆石的年龄不到30亿年，但贝尔发现了一块约39亿年前的锆石，有曾经急剧升温的迹象，或许是后期重轰炸期的标志性特征。“我们只知道，有一批锆石在那一时期发生了再结晶。考虑到恰好是在后期重轰炸期，这之间存在联系也不无可能。”她说，“但要真正确立这种关系，我们还要参照地球上其他地区的锆石发现。”但到目前为止，我们尚未找到其他的佐证，澳大利亚科廷大学的亚伦·凯沃西（Aaron Cavosie）表示。月球上的环形山历来是后期重轰炸期的证据之一，但在重新评估了“阿波罗”飞船的月岩样本后，人们开始怀疑，冥古宙时期的小行星轰炸究竟有没有之前所想的那么严重。月岩2016年，帕特里克·贝恩克（Patrick Boehnke）（现任职于芝加哥大学）再次分析了当初的“阿波罗号”样本。几十年来，这些样本一直都是后期重轰炸期理论的主要证据。贝恩克和加州大学洛杉矶分校的马克·哈里森（Mark Harrison）重新分析了氩的同位素，并得出结论：自从在月球初生时结晶以来，那些样本可能经历过多次撞击，所以才显得比实际年龄更年轻。贝恩克说，“即便攻克了分析手段上的难关，你还面临一个问题，那便是，阿波罗飞船的取样地点，彼此都很靠近。”有一种可能是：六次阿波罗任务带回的样本都来自同一次小行星撞击，这一次撞击的喷出物布满了月球面向地球的一面。另外，GRAIL （重力回溯及内部结构实验室）飞船和LRO（月球勘测轨道飞行器）等绕月探测器又发现了大约100个新的陨石坑，并发现，43亿年前曾出现过一个密集轰炸的巅峰期。“轨道数据和样本数据不谋而合；各种不同类型的样本数据——月球上陨石撞击形成的玻璃珠，苏联的“月球号”样本，“阿波罗号”的岩石样本，月球陨石——也都不谋而合，它们都表明，39亿年前，不存在所谓的月球大灾变。”美国阿尔比恩学院的行星科学家尼科尔·策尔纳（Nicolle Zellner）说。美国西南研究院的行星科学家博科专门研究小行星与太阳系的发展情况，他和其他研究人员一道，对后期重轰炸期理论作了一番修改。目前，他倾向于认为，撞击强度先是缓慢上升，继而逐渐减弱。还有的研究人员认为，后期没有大规模撞击，至于月球和其他岩质天体上的陨石坑，其实是第一个撞击期（也就是行星形成的自然过程）的遗迹。“我们掌握了一小部分数据，我们试图从这些数据中有所发现。”博科说，“你想描绘一幅图景，但有时候，只是在捕风捉影而已。”生命接管地球与此同时，科学家将讨论更加宏大的问题，而不是局限于早期太阳系的情况。如果其中一些新证据真的是原始生命的印记，那么，我们的祖先也许比我们想象中古老得多。或许，从条件容许的那一刻起，也就是当温度冷却下来，足以让液态水存在的那一刻起，生命就已经出现了。“小时候，课本上教的是，生命形成需要几十亿年的时间。但对于这些说法，我一直找不到任何依据。”瓦利说，“我认为，在环境变得可以生存以后，在几百万年的时间里，生命就出现了，这种情况是很有可能的。站在微生物的视角，一百万年已经很长了，但在地质学上，那只是一瞬间。”“没有什么理由说，43亿年前就不可能出现生命。”瓦利说，“没有任何理由。”如果39亿年前没有出现灭顶之灾，或者，几次大规模的小行星撞击都集中在某一个半球上，那么，也许在地球混沌未开之时，我们最早的祖先就已经出现了。而且，这样看来，地外生命的可能性也就没有那么渺茫了。生命可能比我们想象中更加坚韧，更能经受住恶劣至极的生存条件。也许，不需要太多时间，生命就能占领一颗星球。也许，生命出现得很早、很频繁，并且在宇宙中随处扎根。不论是制造管道的微生物，还是一团粘液，那些无穷的生命形态也许太小、太过简单，难以像如今地球上的生命一样交流，但它们的真实性和鲜活性并不会因此而逊色半分。翻译：雁行校对：李其奇编辑：洪漫倩来源：Quanta Magazine

2017年，科学家在加拿大魁北克发现了距今42.8亿年前的微体化石，这个化石无异于是一个重磅炸弹，炸开了人们对地球上生命起源的探讨。事实上，关于生命是怎么来的，不同的人有不同的解释。中国有神话女娲造人，西方人有上帝在创造天地后，在第六日造人的说法。但这些只是神话，没有科学依据，今天我们站在科学的角度回答：地球上的生物是怎么来的。两个实验其实不止当代人对第一个生命是怎么来的感兴趣，很早之前就有科学家研究这个问题了。但当时受限于观察条件，人们对微生物问题认识不足。于是他们根据生活经验，肉汤放久了会自动长出霉菌，提出了一个假说：生命起源于无机物但巴斯德做了一个实验，他把烧瓶制作成鹅颈瓶的形状，因为这样，微生物将会在重力作用下无法进入烧瓶内，然后他把盛满肉汤的烧瓶煮沸，杀死了肉汤中自带的微生物。这时候人们发现，无论肉汤放多久，汤都不会变质。现在巴斯德的肉汤还放在实验室中，已经过去100多年，依旧没有任何微生物。这个实验结果证明：生命并非起源于无机物。上世纪50年代，还是学生的米勒做了一个模拟原始大气的成分的实验，这个实验后来也被称为米勒实验。在这个实验中，米勒先用火把烧瓶加热，再用电弧模拟早期地球的环境（远古时期地球很多雷电），具体实验装置如图，看不懂也没关系，我们直接看结论：经过一周持续不断的实验和循环之后，在取样分析后发现，反应后的成分中有氨基酸。我们要知道，氨基酸是组成蛋白质最重要的物质。生命是如何诞生的？有了氨基酸，其实并不是有了生物，因为只要有C、H、O、N的存在，并且在高温高雷电的环境下就有可能产生氨基酸。于是，科学家又陷入了困局。但这一次打破僵局的海底热泉口事件，1979年，美国科学家比肖夫博士在海底时观测到这里有生命，要知道，这里的温度高达300-400度之间，还是强酸强碱的地带，还带喷流。环境条件非常恶劣，理论上不应该有生物存在，但这里却生机盎然。其实，早在比肖夫博士之前，就有科学家提出过，生命应该是起源于海洋，这是因为早期地球大气中游离氧极其少，无法形成臭氧，太阳的紫外线可以直接射到地球表面上，如果陆地上有生命存在，也一定会被紫外线摧毁，因此陆地是无法诞生生命。但是海洋却不同，足够深海水可以隔绝紫外线，因此科学家们猜测生命起源于海洋。海底热泉口的发现，给这一理论提供了有力的支持。不仅如此，海底热泉口附近的温度能够达到300度以上，高温高压之下，水以超临界状态下存在（不同于气态，液态，固态）， 这就使得氢离子可以定向移动，而氢离子定向移动有什么用呢？现在生物细胞当中，有一个重要的细胞器“线粒体”，它是给细胞提供能量的，而线粒体当中，利用的就是氢离子的定向移动来提供能量。而线粒体是距今18亿年前才出现的，在此之前的生物是没有线粒体的。也就是说早期的细胞，没有办法利用线粒体来获取能量。而科学家猜测，早期生命很有可能就是利用海底热泉口的氢离子的定向移动来获取能量。早期生命结构应该不会像现在生命结构那么复杂，现在的生命活动依靠的是DNA指导蛋白质的合成来实现的，但是DNA的结构是双螺旋结构，结构比较复杂。上文解决了早期生命获得能量的问题，但生命要延续还需要遗传物质来支撑。科学家认为早期的生命并没有这么复杂，而且他们发现，DNA要通过RNA来实现蛋白质的合成，而RNA的结构相对要简单多得多，如果RNA能够具备DNA自我复制的功能，那么RNA可以作为遗传物质了。而科学家在实验室当中，也确实合成了可以自我复制的RNA，也就是说，RNA可以自我复制以及指导蛋白质的合成，以及实现生命活动的。所以科学家猜测，早期的生命的遗传物质是RNA，而不是DNA，这就是RNA世界假说。最后，我们来总结一下，按照目前的理论，早期的生命是起源于海底热泉口，利用海底热泉口的氢离子定向移动来获取能量，而它的遗传物质是RNA。

当今世界上出现了很多社会问题，这些社会问题大都是围绕着人类的生存而产生的，比如性别问题，人种问题，地区歧视等，这些是对于自身的了解以及对自身与环境的认识不足。在大环境下，我们都是高等生物，作为进化论的胜利者，并且享受着同一个地球，资源是共享的，在局部上出现了分配不均的情况，但是在流动中。人类共同体的观念是被社会实践而且是成功的理论，有很多的矛盾是不信任和自私自利而引起的，包括局部战争，有害物质的管理，不可再生资源的不合理利用等。我们需要科学的了解人类的起源，形成人类共同体的观念。人类是生命，想要探讨人类起源，就必须要了解生命的起源。这个主题被生物学家，哲学家，社会学家研究了很久，至今没有定论。在历史上有几个阶段显得特别耀眼，是对于生命起源做出的解释。第一是创造论，它认为哪怕是正在呼吸的空气，也是需要被创造才得以产生。目前人类正在面临各种自然资源枯竭,生态平衡被破坏而带来的各种灾难的情况下，对大自然的驾驭更是感到无能为力。人类无能为力的时候，还能做什么呢？唯有依靠神。这不是愚昧，而是人的本能就是这样。在《圣经》上说，“起初，神创造天地。”。人类是否真的与上帝有着密切的关系恐怕只有到上帝来审判这个世界的时候才能知晓。我们不能否认创造论，因为目前还没有什么科学可以证明它是否是真正的真理。犹太教《圣经》和基督教《圣经（旧约）》包含了两个神话起源故事，这两个故事被现今的犹太教和基督教所认可信仰。在第一个神话故事中，上帝用他的话语，在6天的时间里，创造了天空、陆地、行星、太阳和月亮、包括人类的所有动物。第7天上帝进行休息，凝视着自己的成果感到十分欣慰。在第二个神话故事中，上帝在地面上创造了第一个人类——亚当，上帝为亚当创造了一个伊甸园让他无忧无虑地生活，但是禁止他吃下伊甸园树上结的果实，这些果实来自善良和邪恶意识之树。亚当的生活太寂寞孤单，于是上帝从亚当身体上抽出一根肋骨创造了第一个女人夏娃，他骨中骨肉中肉，来陪伴他。一条会说话的大毒蛇（代表撒旦魔鬼）诱惑说服夏娃吃了禁果，之后夏娃又说服亚当也吃下了禁果。作为一个被造者，没有听造物主的话，是多么可怕的事情，所以当仁慈的上帝发现此事后，就驱除亚当和夏娃永远离开伊甸园，让他们在地上繁衍生息。当然这只是犹太教和基督教的神创论，在西方神话，东方神话中还有其他有神秘色彩的神话，比如挪威神话中的始祖之死创造万物，中国神话中的盘古开天女娲造人等。神话是远古人民表现对自然及文化现象的理解，是人类早期的不自觉的亦或是艺术创作。神话并非现实生活的科学反映，而是由于远古时代，人类开始思考与探索自然并结合自己的想象力所产生的。反应了我们始祖对于自然的感受，为了生存所做的斗争和作为，可以隐约窥探出当时人们的生活状态，神话更是艺术的发源地，文明得以流传下来，生生不息。第二是自然发生论，这个理论很有趣，它讲究的是无中生有的思想，是一种经验的总结，人们在那时受到科技水平的限制，看到了生活中朽木生出了蘑菇，小昆虫，以及腐肉生出小生物，于是形成这样的观念。后来到1860年，法国微生物学家巴斯德做了一个鹅颈瓶否定了这个假说，显微镜的到来也是直接粉碎了这个假说。第三是化学起源学说，讲的是小分子形成大分子，无机物形成有机物的化学过程，远古地球的海洋，气温，闪电等触发这一系列的进程。最后是宇宙来源说，将地球的生命归因于宇宙星体的碰撞。对于人类起源，目前公认的最为出名的当属达尔文的进化论，达尔文在1859年出版的《物种起源》一书中系统地阐述了他的进化学说。达尔文自己把《物种起源》称为“一部长篇争辩”，它论证了两个问题：第一，物种是可变的，生物是进化的。当时绝大部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受了这个事实，进化论从此取代神创论，成为生物学研究的基石。即使是在当时，有关生物是否进化的辩论，也主要是在生物学家和基督教传道士之间，而不是在生物学界内部进行的。第二，自然选择是生物进化的动力。生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中，经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异。由此可能导致亚种和新种的形成。进化论的核心思想是生物由低级到高级，由简单到复杂逐步的演变过程。不管生命的起源是地球外传入的还是化学过程形成的，在进化论的眼里人类是单细胞形成多细胞，之后经过不断的自然选择，最后才形成的。人类与类人猿有着共同的祖先，人类的进化过程可以追溯到300万年至400万年以前，有南方古猿进化而成，之后历经直立人，能人，早期智人，晚期智人，再到意义上的人类。在漫长的时间里，从猿到人过渡期间的生物在长期使用天然工具的过程中学会了制造工具，工具的制造意味着经过思考的有意识的活动，这种自觉的能动性是人和动物的最重要的区别，是从猿到人转变过程的飞跃，它标志着从猿到人过渡时期的结束，人类的发展进入了完全形成的人的阶段。至于发源地，研究人员还没有没有统一的答案，达尔文认为非洲是人类祖先的摇篮，可是有些观点认为人类起源于亚洲或欧洲，又或者是多州共同起源，不管如何，远古人类总是在不断的迁徙，形成了各色人种，人种没有高等之分，只是因为环境的不同，黑色人种生活在非洲阳光剧烈，所以黑色素积累较多，白人在欧洲，阳光较浅，所以皮肤是白色的，亚洲中等，所以为黄皮肤，当然这是通俗的人种分类方法，在专业科学上不是这样分的。性别问题，人们常常从基因，染色体，性腺，生殖器官，心理，社会进行性别判定，在科学家的思想中，人类有5种性别。1993年，美国布朗大学医学教授、基因学家安妮·福斯托-斯特林提出，人类至少存在5种甚至更多的性别。她提出的5种性别是：男性、偏男性(Ⅱ型)、两性人(Ⅲ型)、偏女性(Ⅰ型)、女性。她博士指出，“性别是一个巨大的统一体，它具有无限的延展性。”后来得到了科学界的公认，但在社会的需求以及道德上，总的来说只有两种性别，男性和女性。性别之分不是高等之分，有的只是因为繁殖时出现了差错才出现的中性人，偏男性，偏女性。每个性别都值得尊重，男人和女人是人类进化的合作伙伴，都是平等的，在职场上，家庭上，社会地位上都应该一视同仁。当前国际形势基本特点是世界多极化、经济全球化、文化多样化和社会信息化。粮食安全、资源短缺、气候变化、网络攻击、人口爆炸、环境污染、疾病流行等全球性问题层出不穷，对国际秩序和人类生存都构成了严峻挑战。不论人们身处何国、信仰何如、是否愿意，实际上已经处在一个命运共同体中。此时的人类比以往任何时候有能力团结在一起，更期待结合在一起，为自己，为共同的家园。