从化石的一系列新发现来看，地球生命的起源可能比任何人想象的都要早。因此，一个被广泛接受的太阳系起源理论受到了挑战。
在澳大利亚西北部干旱炎热的角落，就在北回归线上，地球最古老的一面暴露在白天。海滨城市黑德兰港以南，驱车穿过澳大利亚北部内陆，不一会儿，你就会来到一座棱角被时间磨平的小山。这是皮尔巴拉克拉通的一部分，形成于35亿年前，当时地球刚刚诞生。
想象:“晚期大轰炸时期”的年轻地球
靠近点看。通过山丘之间的缝隙，像橙色三明治冰条一样的古老岩石随机溢出:这是一个被称为Apex燧石的沉积层。有一些微管道，只有用显微镜才能看到。有的管道像描绘龙卷风的岩画；有些就像被压扁的虫子。从历史上看，在地球上收集的所有岩石样本中，它们是最具争议的，它们展示的可能是迄今发现的最古老的生命形式。
这些生命形式的本质已经在学术界争论了几十年。去年12月，不同的研究团队发起了新的攻势。威斯康星大学地球化学家约翰·瓦利(John Valley)认为，这些生命形式是生物化石，可以追溯到34.65亿年前。如果这是真的，那么这可能意味着动荡的早期地球上的生命多样性已经很惊人了。
上图:一块大约35亿年前的岩石，取自西澳大利亚的“顶点燧石”沉积层。下图:在“顶点燧石”样本中发现的微体化石。
包括上述发现在内，最近的许多研究为远古时代的地球描绘了一幅全新的图景。在过去的一年里，许多不同的团队通过挖掘、压碎或激光冲击分析了各种岩石样本。这些岩石可能包含37亿年、39.5亿年甚至42.8亿年前的生命。这些微化石——或者说相应的化学证据——已经成为争论的焦点，但它们也对传统的地球起源理论提出了质疑。
根据传统观点，地球在其形成的前5亿年是一个炼狱。新生的世界被火山爆发撕裂，被其他星球的碎片撞击，环境极其恶劣，因此得名“Hadean”——希腊神话中冥王的名字，中文翻译为上古世界。直到大约38亿年前，在一次猛烈的小行星撞击后，生命才开始进化。
但这种观点越来越受到质疑。
目前，许多地质学家认为，从一开始，地球上的气候可能是温和湿润的。已知最古老的岩石告诉我们，地壳的某些部分在44亿年前冷却固化。对岩石中氧的分析表明，早在43亿年前，地球上就有水存在。而且陨石撞击可能会随着太阳系动荡的逐渐停止而逐渐平息，而不是在一次大爆炸后戛然而止。
“很久以前，地球的某些方面与现在非常相似。上面有水，也许是稳定地壳的一部分。说有适合居住的环境，有一些生命形式，也不是完全不可能。”加州大学洛杉矶分校的地球化学家伊丽莎白·贝尔说。
结合来自月球和古地球的最新证据，一幅与古地球完全不同的画面开始出现:地球坚如磐石，温和湿润，免受陨石撞击，从一开始就是一个伊甸园。大约45.4亿年前，在太阳诞生后留下的尘埃和岩石中，地球逐渐成型。较小的碎片继续撞击幼小的地球，加热它；放射性物质会进一步加热它。地球表面是岩浆的海洋。那时候的地球不是一个岩石星球，而是一个炽热的岩浆球。
地球形成后不久，一颗顽固的行星撞上了它。巨大的撞击蒸发并重塑了地球，月球诞生了。之后陨石撞击并没有停止，有的留下了直径1000公里的陨石坑。根据元古代的传统理论，这些影响在一次被称为“后期重轰炸期”(又称“月球大灾变”)的轰炸中达到了顶峰，即小行星在前往内太阳系的途中对岩石行星的猛烈撞击。这个时期结束于大约38亿年前。在这个过程中，地球充满了炽热的岩浆，无法支撑稳定的岩石地壳，更谈不上孕育生命。
“月球大灾变论”受到了冲击。
根据早期太阳系的标准理论，频繁的小行星撞击让地球如同炼狱。但新的化石发现挑战了这一观点，尤其是后期大轰炸时期的观点。
45.5亿年前
在太阳诞生后留下的碎片中，地球逐渐成型。
45亿年前
地球被行星大小的天体撞击，月球诞生了。
45亿-41亿年前
太阳诞生后，剩余的小行星继续撞击早期的地球。
40亿到38亿年前
当后期的大轰炸期到来时，地球会受到进一步的冲击。
38亿年前
经过重重一击，月球上形成了一片雨海，一个直径1000公里的陨石坑。
最近发现的生物化石
一系列研究声称发现了40多亿年前地球上存在水和生命的证据，后期大轰炸时期的理论受到质疑。
但是大概十年前，这个画面开始改变，主要是因为一种叫锆石的微晶。这颗宝石通常只有一个英国时期的大小，但它告诉我们，早在43亿年前，地球就相对凉爽湿润，甚至可能适合生命存在。近年来，在古老岩石中发现的化石为这一理论提供了新的证据。皮拉尔稳定地块中的微体化石是最新的例子。
目前最古老的疑似生命遗迹至少有37.7亿年，甚至高达42.8亿年。然而，这一证据遭到了许多科学家的怀疑甚至否认。
2017年3月，伦敦大学学院的地球化学家多米尼克·帕皮诺(Dominic Papineau)和学生马修·多德(Matthew Dodd)介绍了一种在加拿大魁北克古老岩石中发现的管状化石。岩层叫做Nuvvuagittuq绿岩带，是地球原始海底的一小部分。该化石的宽度是人类头发的一半，长度只有0.5毫米。多德说，它们由赤铁矿组成，可能是微生物群落的化石，其历史可以追溯到42.8亿年前。
Nuvogtak绿岩带中的红色岩石可能含有管状微生物化石，可以追溯到至少37.7亿年前。
"它们可能在岩浆口周围的岩石上形成一层胶状的锈红色地毯。"多德说。类似的结构存在于今天的海洋中。在阳光无法触及的黑暗热液柱周围，微生物和血红色的管状蠕虫生机勃勃。
多德发现这些管状化石附近存在石墨，并伴有“蜂窝饼”状碳酸盐——含有有机物的微小碳环。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(一种含钙的磷酸盐矿物)，他说这可以作为生物活动存在的证据。研究人员还分析了石墨中不同碳同位素的比例。一般来说，生物喜欢使用相对较轻的同位素。所以碳12比碳13丰富，可以作为预测过去生物活动的指标。“蜂窝饼”附近的石墨也可能是生命的痕迹。综合起来，多德说，这些管子和它们周围的化学物质表明，它们可能是深海热液喷口附近的古代微生物群落的遗迹。
遗迹所在岩带的确切年代在学术界仍有争议，但大家一致认为它确实包含了地球上最古老的含铁岩石之一。这表明，那些化石同样古老，比许多以前的发现古老得多，也远远超过了许多科学家设定的时限。
这些微体化石与现在生长在深海热液喷口附近的海洋生物非常相似。
到2017年9月，日本研究人员已经分析了Saglek块中的一些石墨屑，并发表了研究结果。沉积岩位于加拿大拉布拉多，距今已有39.5亿年的历史。东京大学的Yuji Sano和Tsuyoshi Komiya说，碳同位素比率表明，石墨也来自生命活动。但是它们没有化石特征；此外，周围岩石的历史模糊不清，这意味着碳可能没有那么古老。
再往东，在格陵兰岛的西南部，另一个小组也发现了远古生命的证据。2016年8月，卧龙岗大学的艾伦·纳特勒曼(Allen Natermann)及其同事报告称，他们发现了37亿年前的叠层石，即微生物的化石遗迹。
艾伦·纳特曼正在格陵兰南部的伊苏阿带探索古代微生物。
许多地质学家对上述每个发现都持怀疑态度。例如，在Natermann发现的化石来自格陵兰岛南部的Issua带，那里有地球上已知最古老的沉积岩。但是很难解读。如前所述，非生物过程也可以形成“蜂窝饼”碳酸盐。同理，最基本的化学反应，在没有生命参与的情况下，也能产生足够的层状结构，这就意味着它们可能不是叠层石，而是无生命活动的替代品。
此外，数十亿年来，努福沃塔克绿岩带和伊苏阿绿岩带都受到了重新加热和挤压。在这个过程中，岩石会融化和重结晶，从而脱离原来的沉积状态。
“我不认为其他研究有错，只是认为不足以作为证据。”威斯康星大学的瓦利说，“我们只能说，纳特勒曼的石头看起来像叠层石，非常吸引人。”
瓦利对他在皮尔巴拉的稳定地块中发现的化石不那么谨慎。
这些叠层石在沉积岩中形成波状山丘。垂直线是研究人员的切割线。
生命的迹象这些微体化石在皮尔巴拉稳定的土地上沉睡了34.65亿年，直到被科学家发现，它们才被分离成原岩，然后打包运往加州。1993年，加州大学洛杉机分校的古生物学家威廉·绍普夫发表了一篇论文，介绍了他在岩石样本中发现的奇特波浪线以及他确定的11个微生物分类单位。一些持不同意见的人说，这些形式可能是非生物过程的结果，地质学家一直就此争论至今。去年，Schoepf给Wali送去了样本，因为Wali不仅是这方面的专家，还精通一种测量同位素比值的超精密仪器，叫做二次离子质谱仪。
瓦利的团队发现，其中一些化石与现代光合细菌具有相同的碳同位素比率。其他三种化石的同位素比率与消耗或产生甲烷的微生物的同位素比率一致。而且，这些同位素比值对应于Schoepf鉴定结果中的某些物种。瓦利说，这些同位素比率出现的地方与这些微化石的形状一致。他还说，在物理和化学方面都与化石相似的样本中，这些样本是最古老的。
瓦利在威斯康星大学麦迪逊分校的质谱仪实验室工作。
如果你接受多德、肖钢和纳特勒曼对各自样本年龄的讨论，你会认为舍普夫和瓦里的样本不是最古老的。即便如此，它仍有其独特之处，那就是多样性。他们检测到的碳同位素比值丰富多样，表明岩石上存在错综复杂的原始生物群落。必须有足够的进化时间，他们才能迭代出无穷无尽的生命形式。也就是说，它们的起源肯定早于34.65亿年前，也就是说我们真正的祖先比人们想象的要古老得多。
湿润的世界事实上，在科学家发现这些化石之前，就有迹象表明早期的地球可能是伊甸园而不是炼狱。早在2001年，这些岩石本身就开始提供证据。那一年，瓦里发现的锆石表明，早在44亿年前就有地壳存在。
锆石是一种晶体矿物，含有硅、氧、锆，有时还含有其他元素。锆石是在岩浆中形成的，它和其他众所周知的碳晶体是一样的。锆石比孵化它的岩体更耐用，可以承受数十亿年无法形容的压力、腐蚀和变形。所以它们是元古代唯一保存至今的一种石头，成为了珍贵的“时间胶囊”。
在西澳大利亚的杰克山(Jack Hills)，瓦里获得了一些锆石样品，氧同位素比率显示，形成这些晶体的物质是由液态水锻造的。这说明地壳冷却凝固蓄水的时间比已知最早的沉积岩至少早了4亿年。瓦利说，有了液态水，就有了整个海洋。其他锆石研究也得出了同样的结论。
“元古代的地球不是炼狱。这是我们从锆石得出的结论。当然，火山依然存在，但这些火山很可能被海洋包围。至少有一部分会是土地。”他说。
那些锆石表明那时地球上甚至可能有生命。
在2015年发表的研究中，贝尔和他的合著者提出了另一项证据，也来自杰克·希尔，是41亿年前锆石微晶中的石墨。石墨的碳同位素比值表明存在生物活动的可能性，但这一结论仍有争议。
“除了生命的存在，就没有其他解释了吗？是的。”贝尔说，“但在我看来，碳同位素比率是证明一个化石或生物来源结构的最可靠方法。”
在41亿年前锆石样品的X射线照片中，隐约可见许多碳沉积形成的黑点。
如果远古岩石中的线索没有误导我们，那么它们表明生命自始至终无处不在。无论科学家们在哪里寻找，都有生命及其化学反应的证据，无论是化石还是亿万年前生命扰动的痕迹。或许，生命一点都不挑剔，一点都不脆弱，它能征服你能想象到的最恶劣的环境。
“当地球面临最大的撞击时，生命正在做一些有趣的事情。”西南研究所的行星科学家比尔·博特克说。
也许不是。也许早期的地球并没有那么可怕。也许陨石撞击没有你我想象的那么猛烈。
证据在过去，地球和所有其他天体一样，受到小行星的猛烈撞击。月球、火星、金星和水星都见证了这一原始暴击。问题是，这些冲击是什么时候发生的，持续了多久？
根据阿波罗登月飞船带回的样本，科学家开始认为地球在元古代至少经历了两次截然不同的碰撞期。第一个时期是行星形成过程中不可避免的副作用:较大的小行星被行星分离，木星将剩余的碎片收集到自己的小行星带中，这需要一些时间。
然后就是第二个时期。它开始于太阳系形成后的5-7亿年，大约在38亿年前逐渐消亡。这一时期被称为后期大轰炸时期，或月球大灾变。
化学就像这样:一场席卷全球的闪电风暴，一场史诗般的事件，都源于最小的线索。阿波罗样本中的钾和氩同位素表明，月球的一些部分在其形成约5亿年后突然融化。科学家以此为证据，认为在月球的历史上，它受到过猛烈的撞击。
锆石也提供了初步的物证，揭示了后期大轰炸时期的一些遗迹。有些锆石含有某种矿物质，是极端高温高压留下的痕迹，可能预示着曾经存在过的恶劣条件。许多锆石的年龄不到30亿年，但贝尔发现了一块约39亿年前的锆石，显示出温度快速上升的迹象，这可能是后期大轰炸时期的象征性特征。“我们只知道在那个时期有一批锆石发生了重结晶。考虑到恰好处于重轰炸后期，两者之间有联系也不是不可能。”她说，“但要真正建立这种关系，我们必须参考地球其他地方的锆石发现。”
但是到目前为止，我们还没有发现任何其他证据，澳大利亚科廷大学的Aaron Cavosie说。
月球上的陨石坑一直是后期重轰炸时期的证据之一，但在重新评估阿波罗飞船的月球岩石样本后，人们开始怀疑元古代的小行星轰炸是否像之前认为的那样严重。
月岩2016年，Patrick Boehnke(现就职于芝加哥大学)再次分析了原始的阿波罗样本。几十年来，这些样本一直是后期大轰炸时期理论的主要证据。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，自从月球诞生时结晶以来，那些样本可能经历了多次撞击，因此它们比实际年龄更年轻。
Behnck说，“即使你克服了分析手段的困难，你仍然面临一个问题，那就是阿波罗飞船的采样地点彼此非常接近。”一种可能性是，六次阿波罗任务带回的样本都来自同一次小行星撞击，这次撞击的喷出物覆盖了月球面向地球的一面。
此外，航天器GRAIL(重力回溯和内部结构实验室)和月球轨道飞行器LRO(月球勘测轨道飞行器)已经发现了大约100个新的陨石坑，并且发现在43亿年前有一个密集轰炸的高峰期。
“轨道数据和样本数据吻合；不同类型的样本数据——陨石撞击月球形成的玻璃珠、苏联“月球”的样本、“阿波罗”号的岩石样本、月球陨石——都吻合，都表明39亿年前没有所谓的月球大灾变。”美国阿尔比恩学院的行星科学家尼科尔·策尔纳说。
博科是美国西南研究所的行星科学家，专门研究小行星和太阳系的发展。他和其他研究人员一起修正了后期大轰炸时期的理论。目前他倾向于认为冲击强度先缓慢上升，然后逐渐减弱。一些研究人员认为，后期没有发生大规模的撞击，至于月球上的环形山和其他岩石天体，实际上是第一次撞击时期(即行星形成的自然过程)的遗迹。
“我们有少量的数据，我们正试图从这些数据中找到一些东西。”博科说，“你想描绘一幅画面，但有时，你只是在追逐影子。”
生命接管地球与此同时，科学家们将讨论更具雄心的问题，而不仅限于早期的太阳系。
如果一些新的证据真的是原始生命的标志，那么我们的祖先可能比我们想象的要古老得多。或许，从条件允许的那一刻，也就是温度冷却到足以让液态水存在的时候，生命就已经出现了。
“小时候课本上讲，生命需要几十亿年才能形成。但我一直找不到这些说法的任何依据。”瓦利说，“我认为，在环境变得可行之后，在数百万年内，生命将会出现，这是非常可能的。从微生物的角度来看，一百万年是一段很长的时间，但在地质学上，这只是一瞬间。”
“没有理由说43亿年前不可能出现生命。”瓦利说:“没有理由。”
如果39亿年前没有发生大灾难，或者几次大规模的小行星撞击都集中在某个半球，那么也许我们最早的祖先在地球大混乱之前就已经出现了。而且，这样一来，外星生命存在的可能性也不是那么渺茫了。生活可能比我们想象的更艰苦，它能承受最恶劣的生活条件。或许，生命占据一个星球并不需要太多时间。或许，生命出现的很早很频繁，在宇宙各处生根发芽。无论是制造管道的微生物，还是一团粘液，那些无限的生命形式可能太小太简单，无法像今天地球上的生命那样交流，但它们的真实性和生动性不会比这个逊色。
翻译:飞翔的鹅
校对:李琪琪
编辑:洪曼倩
来源:广达杂志
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