■第二看臺(tái)

　　西澳大利亞的杰克山擁有罕見的地球早期歷史遺跡——在40億年之前形成的微小鋯石晶體?，F(xiàn)在，科學(xué)家表示，這些晶體可能包含著有關(guān)生命歷史的重要線索。

　　地球上的生命始于何時(shí)？科學(xué)家們通過地質(zhì)記錄不斷鉆研，他們鉆得越深，便越覺得生命就出現(xiàn)在我們行星45億年歷史的早期。而迄今為止，地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最早的生命痕跡形成于38億年前?，F(xiàn)在，一項(xiàng)頗有爭(zhēng)議的新研究所提出的證據(jù)可能會(huì)把生命出現(xiàn)時(shí)間提早3億年，那時(shí)地球才剛剛形成。

　　線索就藏在一大塊鋯石晶體中的微小石墨（一種碳質(zhì)礦物）斑點(diǎn)中。鋯石形成于巖漿中，并常常將其他礦物包入它們的硅—氧—鋯晶體結(jié)構(gòu)中。雖然鋯石的尺寸要比頭發(fā)的直徑還小，但它們卻幾乎是堅(jiān)不可摧的。鋯石可以比它們最初構(gòu)成的巖石保存得更久，經(jīng)受更多次的侵蝕和沉積循環(huán)。

　　事實(shí)上，盡管地球上最古老的巖石只能追溯到40億年前，但是研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有44億年歷史的鋯石。這些晶體讓我們得以一窺地球歷史的最初篇章，也就是冥古宙?！跋胍芯?0億年前地球發(fā)生了什么，鋯石幾乎就是我們唯一的實(shí)體樣品?！奔又荽髮W(xué)洛杉磯分校（UCLA）的地球化學(xué)家Elizabeth Bell說，她是這項(xiàng)在線發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（ Proceedings of the National Academy of Sciences）上的新研究的第一作者。

　　在這項(xiàng)研究中，Bell和她的同事檢驗(yàn)了來自西澳大利亞杰克山的鋯石樣本，杰克山是地球上產(chǎn)出冥古宙樣品最多的地點(diǎn)，研究人員在鋯石中尋找金剛石、石墨等碳質(zhì)礦物。僅憑礦物的存在并不能證明鋯石形成時(shí)有生物存在，但是碳質(zhì)礦物確實(shí)提供了尋找生命化學(xué)信號(hào)的機(jī)會(huì)。研究團(tuán)最終在41億年前形成的鋯石中發(fā)現(xiàn)了一小片疑似未被干擾的石墨。石墨中較重的碳原子與較輕的碳原子，即碳的兩種同位素之間的比例很低，這與有機(jī)物的同位素特征一致?！霸诂F(xiàn)在的地球上，如果你看到了這樣的碳，你會(huì)說這是由生物形成的，”Bell說，“當(dāng)然，對(duì)于冥古宙來說，這還存在爭(zhēng)議。”

　　研究者們羅列了一些可以解釋他們發(fā)現(xiàn)的非生物過程，但是他們還是最傾向這樣一個(gè)觀點(diǎn)：石墨是沉積物中的有機(jī)物在板塊碰撞時(shí)沉入地幔而形成的，當(dāng)沉積物熔化形成巖漿時(shí)，在高溫高壓條件下，碳轉(zhuǎn)換成了石墨，從而最終進(jìn)入了鋯石晶體中。

　　如果這個(gè)故事是真的，那么生命至少在41億年前就已有存在，Bell表示新的結(jié)果可以證明早期地球環(huán)境比科學(xué)家曾想象的更為宜居?！霸趥鹘y(tǒng)的觀點(diǎn)中，地球形成后最初的幾億年里，地球是一個(gè)貧瘠炙熱、沒有生物存在的行星，還在不斷遭受著隕石的撞擊?！彼f。但科學(xué)家開始意識(shí)到早期的地球有著對(duì)生命更為溫和、更為適宜的環(huán)境，這一定程度上還要感謝近些年杰克山鋯石所揭示的寶貴信息。

　　“我們知道那時(shí)有液態(tài)水，”巴黎地球物理研究所的地質(zhì)微生物學(xué)家Mark van Zuilen說，“沒什么能阻礙我們假設(shè)那時(shí)有生命?！钡牵瑅an Zuilen和其他人表示他們并不確定這項(xiàng)新研究提供的證據(jù)是否足夠令人信服。

　　這種慎重在某些程度上來源于近些年的研究歷史。在2008年，研究人員聲明43億年的鋯石中的金剛石—石墨包含物可能具有生命特征，正是這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)激勵(lì)了Bell和她的團(tuán)隊(duì)，他們開始重新檢測(cè)UCLA在杰克山收集的晶體樣品。但是隨后的分析表明，2008年的包含物源自實(shí)驗(yàn)室污染，并非早期地球。在這項(xiàng)新研究中，研究人員采取了避免類似問題的措施。

　　“一次失敗的經(jīng)歷并不意味著沒有人應(yīng)該再次嘗試，”加州理工學(xué)院的地質(zhì)學(xué)家John Eiler說?！暗钦f實(shí)話，我還是保持謹(jǐn)慎態(tài)度?！币环矫?，他表示研究人員還需要處理一些重要的爭(zhēng)論，比如冥古宙鋯石中的包含物是否真正保存了原始材料，它們是否在后期的變質(zhì)作用等過程中發(fā)生了變化；另外，他還對(duì)形成機(jī)制提出了質(zhì)疑，他甚至懷疑有機(jī)物是否能在巖漿房中保存足夠長(zhǎng)的時(shí)間以形成石墨。

　　姑且拋開這些問題，包括作者在內(nèi)的大多數(shù)科學(xué)家都同意目前數(shù)據(jù)還不能排除非生物的解釋。許多非生物過程也可以產(chǎn)生同位素特征與有機(jī)物類似的碳。例如，石墨中可能包含了某種隕石中的碳，而這種隕石有較輕的同位素組成。另外，一些化學(xué)過程，比如在費(fèi)歇爾—托羅普希合成反應(yīng)（Fischer-Tropsch reactions）中，碳、氧和氫在鐵等物質(zhì)的催化下發(fā)生發(fā)應(yīng)，也可以形成甲烷和其他烴類。這類反應(yīng)可能會(huì)在冥古宙的熱液噴口附近發(fā)生，van Zuilen說，這會(huì)形成無法跟生物材料區(qū)分開的同位素特征。

　　一種不依賴于同位素的解決方案涉及到火星研究，火星和地球不同，在其地表仍存在早于40億年的巖石?！叭绻覀兛梢园l(fā)現(xiàn)火星在那時(shí)存在生命的證據(jù)，再去論證地球上當(dāng)時(shí)也存在生命就容易多了?！笨仆⒋髮W(xué)的地球化學(xué)家Alexander Nemchin說，他是2008年金剛石包含物研究的第一作者。

　　目前，科學(xué)家們必須設(shè)法處理保存冥古宙神秘記錄的唯一材料——鋯石。Bell承認(rèn)他們需要用額外的樣品來驗(yàn)證假設(shè)，她表示研究人員必須齊心協(xié)力在杰克山鋯石中發(fā)現(xiàn)更多冥古宙的碳，然后觀測(cè)它們是否也具備可能的生物來源?！跋Ｍ覀儾皇桥既话l(fā)現(xiàn)了一個(gè)包含石墨的奇怪鋯石，”她說，“我們希望事實(shí)上存在著大量這樣的鋯石。”

　　稿件來源：環(huán)球科學(xué)（《科學(xué)美國(guó)人》中文版）

　　撰文：Julia Rosen

　　翻譯：張旭陽(yáng)