■第二看臺

　　西澳大利亞的傑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。現在，科學家表示，這些晶體可能包含著有關生命歷史的重要線索。

　　地球上的生命始於何時？科學家們通過地質記錄不斷鑽研，他們鑽得越深，便越覺得生命就出現在我們行星45億年曆史的早期。而迄今為止，地質學家發現的最早的生命痕跡形成于38億年前。現在，一項頗有爭議的新研究所提出的證據可能會把生命出現時間提早3億年，那時地球才剛剛形成。

　　線索就藏在一大塊鋯石晶體中的微小石墨（一種碳質礦物）斑點中。鋯石形成于岩漿中，並常常將其他礦物包入它們的硅—氧—鋯晶體結構中。雖然鋯石的尺寸要比頭髮的直徑還小，但它們卻幾乎是堅不可摧的。鋯石可以比它們最初構成的岩石保存得更久，經受更多次的侵蝕和沉積迴圈。

　　事實上，儘管地球上最古老的岩石只能追溯到40億年前，但是研究人員已經發現了有44億年曆史的鋯石。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。“想要研究40億年前地球發生了什麼，鋯石幾乎就是我們唯一的實體樣品。”加州大學洛杉磯分校（UCLA）的地球化學家Elizabeth Bell説，她是這項線上發表在《美國科學院院報》（ Proceedings of the National Academy of Sciences）上的新研究的第一作者。

　　在這項研究中，Bell和她的同事檢驗了來自西澳大利亞傑克山的鋯石樣本，傑克山是地球上産出冥古宙樣品最多的地點，研究人員在鋯石中尋找金剛石、石墨等碳質礦物。僅憑礦物的存在並不能證明鋯石形成時有生物存在，但是碳質礦物確實提供了尋找生命化學信號的機會。研究團最終在41億年前形成的鋯石中發現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，這與有機物的同位素特徵一致。“在現在的地球上，如果你看到了這樣的碳，你會説這是由生物形成的，”Bell説，“當然，對於冥古宙來説，這還存在爭議。”

　　研究者們羅列了一些可以解釋他們發現的非生物過程，但是他們還是最傾向這樣一個觀點：石墨是沉積物中的有機物在板塊碰撞時沉入地幔而形成的，當沉積物熔化形成岩漿時，在高溫高壓條件下，碳轉換成了石墨，從而最終進入了鋯石晶體中。

　　如果這個故事是真的，那麼生命至少在41億年前就已有存在，Bell表示新的結果可以證明早期地球環境比科學家曾想像的更為宜居。“在傳統的觀點中，地球形成後最初的幾億年裏，地球是一個貧瘠炙熱、沒有生物存在的行星，還在不斷遭受著隕石的撞擊。”她説。但科學家開始意識到早期的地球有著對生命更為溫和、更為適宜的環境，這一定程度上還要感謝近些年傑克山鋯石所揭示的寶貴資訊。

　　“我們知道那時有液態水，”巴黎地球物理研究所的地質微生物學家Mark van Zuilen説，“沒什麼能阻礙我們假設那時有生命。”但是，van Zuilen和其他人表示他們並不確定這項新研究提供的證據是否足夠令人信服。

　　這種慎重在某些程度上來源於近些年的研究歷史。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徵，正是這項發現激勵了Bell和她的團隊，他們開始重新檢測UCLA在傑克山收集的晶體樣品。但是隨後的分析表明，2008年的包含物源自實驗室污染，並非早期地球。在這項新研究中，研究人員採取了避免類似問題的措施。

　　“一次失敗的經歷並不意味著沒有人應該再次嘗試，”加州理工學院的地質學家John Eiler説。“但是説實話，我還是保持謹慎態度。”一方面，他表示研究人員還需要處理一些重要的爭論，比如冥古宙鋯石中的包含物是否真正保存了原始材料，它們是否在後期的變質作用等過程中發生了變化；另外，他還對形成機制提出了質疑，他甚至懷疑有機物是否能在岩漿房中保存足夠長的時間以形成石墨。

　　姑且拋開這些問題，包括作者在內的大多數科學家都同意目前數據還不能排除非生物的解釋。許多非生物過程也可以産生同位素特徵與有機物類似的碳。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，一些化學過程，比如在費歇爾—托羅普希合成反應（Fischer-Tropsch reactions）中，碳、氧和氫在鐵等物質的催化下發生發應，也可以形成甲烷和其他烴類。這類反應可能會在冥古宙的熱液噴口附近發生，van Zuilen説，這會形成無法跟生物材料區分開的同位素特徵。

　　一種不依賴於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40億年的岩石。“如果我們可以發現火星在那時存在生命的證據，再去論證地球上當時也存在生命就容易多了。”科廷大學的地球化學家Alexander Nemchin説，他是2008年金剛石包含物研究的第一作者。

　　目前，科學家們必須設法處理保存冥古宙神秘記錄的唯一材料——鋯石。Bell承認他們需要用額外的樣品來驗證假設，她表示研究人員必須齊心協力在傑克山鋯石中發現更多冥古宙的碳，然後觀測它們是否也具備可能的生物來源。“希望我們不是偶然發現了一個包含石墨的奇怪鋯石，”她説，“我們希望事實上存在著大量這樣的鋯石。”

　　稿件來源：環球科學（《科學美國人》中文版）

　　撰文：Julia Rosen

　　翻譯：張旭陽