一项新发现提出了一个老问题：生命从何而来、何时开始？

这块岩石呈深锈红色，中间点缀着灰色条纹。它位于灌木丛生的苔原之上，是魁北克北部哈德逊湾的丘陵地形的一部分，它已经存在了很长时间——可能几乎和地球本身一样久远。这是地球上罕见的地点，是少数几个如此古老的岩石幸存的地方之一。板块构造和地壳的无情循环反复侵蚀着地球表面。只有大陆深处的少数地区逃脱了这种命运，比如格陵兰岛和西澳大利亚。专门寻找生命起源迹象的科学家前往这些原始遗址朝圣。生命在这些岩石中写下了它的第一章。科学家们希望读到它们。

加拿大地质学家多米尼克·帕皮诺 (Dominic Papineau) 多年来一直计划访问这个被称为 Nuvvuagittuq 表壳带的偏僻地方。2008 年，他终于凑齐了几千美元的资金，从华盛顿特区的卡内基科学研究所出发，途中经过三次中途停留，最后乘坐丛林飞机。如果你喜欢岩石，而且不介意蚊子，那么这里是夏天漫步几周的好地方。一片长满地衣的岩石大地，被冰川磨平，从薄薄的土壤中伸出。

帕皮诺在一条小溪边搭起了帐篷。每年的这个时候，在这些纬度地区，太阳会在凌晨 4 点升起，这给了他很多时间去探索。在出发前三天，帕皮诺发现了一条 20 或 30 码长的痕迹，这是条带状铁矿的一部分：红色赤铁矿与深色磁铁矿层层叠叠，就像一个红灰色的拿破仑。它形成的地方距离古老的深海热液喷口不远。硬币大小的斑点散布在表面，形成细细的漩涡。帕皮诺知道，在较年轻的岩石中，这样的痕迹可以表明过去生命的存在。“当我看到这种材料时，我知道我需要取样，”他说。他用大锤砸下了几块。

到了离开的时候，他拖着重达一百多磅的岩石纪念品回到了他在卡内基的实验室，他在那里担任地球物理学博士后研究员。在那里，他的新标本加入了他的收藏，并耐心地等待着，只有岩石才能做到这一点，直到他有时间对它们进行分析。

2014 年，帕皮诺转入伦敦大学学院后，终于开始深入研究。由于努夫瓦吉图克地层的历史被认为在 37.7 亿至 42.8 亿年之间，因此他的样本比我们 45.4 亿年前的地球略显年轻。帕皮诺和研究生马修·多德进行了十几项分析，最终得出结论，这些不起眼的岩石中蕴藏着地球上迄今发现的一些最古老生命的证据。

今年 3 月，他们在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。如果结果正确，他们的研究将支持生命起源研究的一个新理论：最早的生命形态并非在十亿多年的时间里形成，而是在几千万年甚至几十万年的地质脉动中突然出现。

此外，生命的形成可能并不需要离奇的巧合。相反，它可能是地球早期化学反应的正常结果，也许是一组默认条件，在世界各地的岩石潮湿行星上都能找到这种条件——仅银河系就有 400 亿颗这样的行星。

但生命起源领域就像早期地球一样，是一个充斥着各种理论的大熔炉，每一种新理论都会受到质疑，有时甚至会被火山般的批评淹没。如果帕皮诺和多德错了——有些人怀疑他们错了——他们发现的痕迹和矿物只是海市蜃楼，是地质学误导的另一个例子，它创造了很久以前微生物存在的假象。而且会有后果。帕皮诺开玩笑说，1600 年，乔尔丹诺·布鲁诺因提出其他星球上存在生物而被烧死。幸运的是，这种形式的同行评审不再流行。相反，他们可能会忍受现代的同行评审。

起源故事

1992 年，加州大学洛杉矶分校的比尔·绍普夫 (Bill Schopf) 称，他在西澳大利亚的岩石中发现了 35 亿年前的微化石。这一说法持续了 10 年，直到牛津大学天体生物学家和古生物学家马丁·布拉西尔 (Martin Brasier) 指控绍普夫误解了岩石及其地质状况。布拉西尔声称绍普夫挑选了证据，甚至可能犯了欺诈罪。

在那一年的天体生物学科学大会上，科学家们公开辩论。在数百名生命起源和外星生命研究人员面前，布拉西尔和绍普夫互相谩骂，猛烈抨击对方的科学。布拉西尔最终获胜。如今，该领域的大多数研究人员确实认为绍普夫的岩石表明存在早期生物——只是不是他认为看到的那种类型。

几乎从 19 世纪 70 年代达尔文首次推测早期生命可能栖息在“温暖的小池塘”以来，该领域产生的理论数量几乎和专门从事该研究的科学家数量一样多。不过，一般来说，这些理论都遵循两个主题之一：陆地或海洋。

生物学家倾向于海洋理论，该理论认为生命起源于深海热液喷口，那里过热的、富含矿物质的水从地球内部渗出，滋养和维持生物体。这似乎是合理的。海洋可以保护早期生命免受无情的流星撞击和致命的太阳紫外线辐射，这些辐射曾经灼烧过年轻星球的表面。而热液喷口将以氢气和硫和铁等矿物质的形式提供食物或能量。

迈克尔·拉塞尔是加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室行星化学和天体生物学小组的负责人，该小组负责准备在太空中寻找生命，他支持海洋理论。他说，当碱性水从某些类型的喷口渗出时，它会与古代地球的酸性海水混合，产生微小的电化学电荷，可能催生出第一批生物。“热液喷口是非常适合居住的地方，”拉塞尔说。

这种情况也可能产生矿物柱，简单的化学物质会聚集并集中在微小的孔洞中。在那里，它们被困在一起，可以连接成生物所必需的长链。然后它们会开始形成膜，建立捕获能量的系统，并创建遗传密码。最终，这些成分会组装成一种微生物，这种微生物可能会留下类似于帕皮诺在岩石中看到的痕迹。

陆地理论家认为，这是一个荒谬的想法：海洋水太多，生命不可能在那里立足。“从化学角度来看，这是不可能的，”德国奥斯纳布吕克大学的生物物理学家 Armen Mulkidjanian 说。悉尼新南威尔士大学的地质学家和天体生物学家 Martin Van Kranendonk 同意这一评估。“我们认为海洋是一个极端环境，”他说。

范克拉内东克和其他人则将目光投向了新地球的表面，那里的咸水温泉、冒泡的间歇泉和丰富的气体可能是生命的化学摇篮。我们称其为火山世界。那里的淡水池中可能聚集着氰化氢和硫化氢的化合物。干湿循环，加上灼热的紫外线辐射，可能导致这些化学物质结合在一起，从而实现自我复制，最终形成遗传密码。研究人员已经在实验室中证明，DNA 的构成要素可以通过这种方式产生。范克拉内东克自己的团队最近在澳大利亚一处前温泉中发现了 35 亿年前生命的证据。

支持海洋理论的科学家则反驳说，生命不是从密码开始的，而是从一顿饭开始的。在构建基因等任何东西之前，你需要新陈代谢和能量来源。

此外，所涉及的化学物质也难以置信（氰化物？）。“生命来自阳光下的有机分子这一想法简直荒谬，”拉塞尔指责道。他以喷气燃料为例：你不会在没有发动机的火箭上安装制导系统并期望它能正常工作。燃料是第一位的。

在研究领域，人人都是专家。但没有人是专家。解决这个问题需要一整所大学的科学家：物理学家、生物化学家、地质学家、微生物学家、大气科学家和天体生物学家。每个人都需要不同的培训和专业知识。“物理学、范德华力、托尔斯泰关于自组织的思想——对于生命的出现，我不需要知道什么？”拉塞尔问道。

问题更加严重，因为没有关于创世时刻的数据。唯一的信息来源是岩石，它们几乎和地球一样古老，大部分都因高温、高压和时间而扭曲变形。无论你的工具多么精密，当你解读古代岩石时，你都有可能被 Schopf-ed 所蒙骗。“这有点像地质学的西部荒野，”支持深海热液喷口理论的伦敦大学学院进化生物化学家尼克·莱恩 (Nick Lane) 说。“很难解释。你可能会丢脸。”

分析古代线索

只需两步就能穿过帕皮诺位于伦敦大学学院纳米技术大楼的小实验室。从我站着的地方，一步就到了柜子，里面放满了贴着仔细标签的布袋，里面装着他从世界各地收集来的岩石。再一步就到了他现在弯腰伏案的显微镜前。他想找点好东西给我看。他转向旁边的一台电脑，调出一张显微照片，这是《自然》杂志报道中出现的岩石内部的放大图。在我看来，它就像厨房的台面：黑白相间的斑点，灰色调上点缀着暗红色斑点。在训练有素的眼睛（不是我）看来，每种颜色和形状都揭示了这种材料是什么，以及它是如何形成的。

地质侦查很像刑事调查。由于一切都发生得太久远了，所以永远没有确凿的证据。这样做的目的是启动多条调查线索，让你从不同角度探索谜团。就像你证实目击者的证词时一样，如果他们都说了同样的话，你就可以相当肯定你关于发生了什么、何时发生以及如何发生的理论是正确的。

法医鉴定的第一步是将岩石切成薄片，然后将其磨成薄片，以便光线可以穿透。然后，帕皮诺和多德开始寻找石墨碳，这可能是生物物质存在的迹象。他们很快就找到了它，就在盐粒大小的玫瑰花结结构中。

帕皮诺在电脑屏幕上向我展示了一个模糊的靶心标记。中心是珍珠灰色石英，带有深红色赤铁矿斑点。白色和鸽灰色的环围绕着它。“看这多漂亮啊，”他说。“它几乎是完美的球形。”他提出，这种形状的形成是因为生物材料腐烂时会产生二氧化碳，然后形成碳酸盐矿物。

接下来，帕皮诺拿出一张显微照片，照片中，血红色的丝带蜿蜒在白色石英背景上。他和多德没有想到这一点，但除了生命的化学迹象外，他们还发现了他们认为是真正的化石。这些曲线或丝状管类似于现代深海喷口系统中的铁氧化细菌形成的形状，就像年轻得多的化石——这是一个更重要的线索。“你在显微镜下看到这个，你会说”——他打了个响指——“这告诉我一些事情，但我不知道到底是什么。”他得出结论，地层中微小的黑色凸起是化石，是真实细胞的残留物。扭曲的丝带是微生物废物，在地质过程中被锈红色的赤铁矿覆盖。

为了确定他们的观点，帕皮诺和多德对更年轻的化石进行了物理和化学比较，并与其他研究人员合作测试样本。帕皮诺已经分析了轻碳和重碳的比例：生命更喜欢轻碳，他发现这块岩石中含有过量的轻碳。他和多德使用微拉曼光谱法，向样本发射激光，从散射光的光谱中研究其成分。他们用聚焦离子束显微镜研磨掉纳米级碎片，观察其矿物成分。在每种情况下，他们都发现了石墨碳或与之相关的矿物，以及表明存在生命的模式。

论文发表后，地质学界沸腾的论战中，支持者和反对者各占一半。许多人赞扬了他们的工作，但并不认可他们的结论：“这些作者确实很好地运用了一些先进的技术，”喷气推进实验室天体生物地球化学实验室主任肯·威利福德说。“我们还需要做更多的工作才能确定解释。”

怀疑论也同样迅速地出现。“帕皮诺把一系列的可能性串联起来，指出了可能性，但我们无法确定这些样本到底是什么或不是什么，”范·克拉内东克说，他自己在 2017 年的发现是基于另一种化石图案——被称为叠层石的片状结构。其他人对这些细丝表示怀疑，并表示它们看起来不对劲。这些岩石经历了太多的热量和压力，不值得信赖。

帕皮诺和多德表示，他们已经仔细考虑过这一切。他们看到的任何单一现象都可能是由非生物化学引起的，这是事实。但除非生命也曾存在过，否则所有这些现象都不太可能出现。“考虑到早期生命的说法的历史，我们一直都知道这项工作会遭到争议，”多德说。“这不是一件小事。”

早期时间表

生命起源问题可能不像大爆炸理论那样具有爆炸性，也不像达尔文的物种起源理论那样令人困惑，但生命起源于何处、如何起源，是一个永恒的存在之谜。它指向我们最初的起源，即构成我们所有人的物质——密码和化学物质。帕皮诺和多德可能是对的，也可能不是。但微生物生物似乎很可能在地球形成后就开始大量出现。即使对生命如何开始、从何处开始还没有共识，但现在每个人都基本同意一个基本时间：早期。而且要迅速。

事实上，它可能在很多地方同时发生过不止一次。麻省理工学院的地质生物学家坦贾·博萨克说：“这完全有可能。”这也意味着它可能发生在另一颗行星上。就我们最近的候选行星火星而言，它可能来来去去。

美国宇航局的火星 2020 任务将试图找到答案。工程师将为火星车配备一台微型拉曼光谱仪，该光谱仪可以完成帕皮诺和多德在实验室中所做的部分工作——分析岩石中以前的生物含量。威利福德是该任务的副项目科学家，他将使用一些 Nuvvuagittuq 样本在火星车的开发过程中测试其光谱仪。

如果有一天，一项任务在火星或其他地方的岩石中发现了过去的生命，帕皮诺认为这将改变我们对宇宙中人类独特性的认识。他说，这甚至可能“团结人类”。范克拉内东克说，这就像阿波罗宇航员从太空回望我们的星球：“这可能会对我们在宇宙中的地位产生深远的影响。”

与此同时，科学家们将继续在他们一直研究的地方进行研究——遥远的古代岩石、生物化学实验室、显微镜下的洁净室，以及像伦敦大学学院莱恩实验室那样的沸腾大桶。它距离帕皮诺的办公室只有一个街区，但却是一个完全不同的世界。莱恩建造了生命起源反应堆，试图复制导致创造的化学反应。

第一个版本现已退役，看起来就像《绝命毒师》里的某个东西：一个巨大、脏兮兮的玻璃圆筒，底部悬挂着一根管子，部分包裹在皱巴巴的锡箔中，用胶带固定。一束细细的电线从下面蜿蜒而出。当它打开时，富含氢的热碱性液体与常见的盐类，如磷酸钾和硫化钠，会从管子中渗入到室内。它冒泡通过富含溶解二氧化碳、铁和镍的酸性水，缺氧——就像 40 亿年前的海洋一样。

几个小时后，碱性和酸性水中形成了蜘蛛状黑色管道，模仿早期喷口结构。莱恩的一个装置产生了甲醛，这是复杂生物化学反应的前身。他正在进行对照实验以验证这一结果。“一些人正在认真对待这种化学反应，”他说。“我希望有人破解它只是时间问题。”

帕皮诺和多德仍在寻找。除了其他项目外，他们还将把其中一份岩石和化石样本送往法国的同步加速器进行 3D X 射线扫描，以发现哪些现代微生物与古代微生物最为接近。

“一切都很重要，”帕皮诺说。“这些是我们所拥有的保存最完好的微化石。我们必须抓住这个机会，尽可能地描述它们的特征。”换句话说，这些是我们现在拥有的最好的化石之一。但也许有一天，有人会偶然发现更好的东西——更古老、更清晰、更令人惊讶。

如果这一领域的研究证明了什么，那就是生命会抓住一切机会，而且会迅速到来。生命就是这样。

凯特·麦高恩（Kat McGowan）是一位科学记者，常驻加利福尼亚州伯克利和纽约市。

本文最初发表于《大众科学》杂志2017年9/10月刊“时空之谜”专栏。