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古生物留下的迹象？岩石中那些红色的突起，可能是37亿年前形成的叠层石化石。这些分层结构可能是由最原始的微生物制造出来的。Nature 我们不知道宇宙中有多少生命形式，不知道它们是否真的存在，甚至于不知道生命在地球上究竟因何而出现。不过至少有一点有迹可循：生命在地球上出现的时间。 通过探寻生命在地球上的起源时间，我们可以获知生命诞生所需的条件，可以预测外星生命可能会在哪些地方出现。更深层的意义在于，我们可以由此获得一条线索，来判断生命起源的内在可能性——它究竟是一种运气，还是一种必然？假如微生物经历了上亿年的试错之后，才在淤泥中现身，那么生命诞生之艰难决定了它在宇宙中是罕见的；假如生命在地球变得宜居后不久就迅速出现，那么生命诞生的必然性就相当高，生命在宇宙中可能随处可见。 天体生物学的研究通常要受古生物学、地质学和生物学的指导。和地球生命起源有关的发现，会直接影响到这方面的研究进程。两个和时间有关的数据对天体生物学的研究十分重要：地球获得生命支撑能力的最早时间，以及最古老的化石或生物体残骸产生的年代。陨石来自45亿年前，它们的年龄和太阳系以及地球的年龄有密切关联。地球上现存最古老的矿物出产在澳大利亚西部，它们是一种名为锆石的晶体，形成于大约44亿年前。地球上最古老的生物结构名叫叠层石，是由浅水中的蓝菌一层层堆积起来的。年代测定结果表明，这些同样来自澳大利亚西部的藻类化石形成于35亿年前，而格陵兰岛的叠层石样本形成时间更是早在37亿年前。蓝菌已经是比较复杂的生命形式，因此生命必然诞生在此之前更为久远的年代。岩石中的同位素生物印记表明它们至少诞生在38亿年前。 上世纪70年代早期，在阿波罗的最后一次登月中，宇航员收集了几袋子的月球环形山岩石样本。在这些样本中，科学家发现了氩的存在。氩对于这些岩石来说是外来的；它是在岩石凝固时，被锁死在晶体结构中的放射性钾同位素衰变产生的副产品。衰变的速度是已知的，所以只要知道了岩石中氩和钾同位素的比例，就能推算出岩石的年龄。 令人吃惊的是，这些岩石中的大部分形成于41亿至39亿年前。这表明大量的月球环形山，包括一些最大的，几乎都是在同一时期形成的。科学家由此推测，在太阳系早期历史上的某个阶段，月球曾经遭受过密集的小行星轰炸。假如月球遭受过，那么地球也应该遭受过。
如果地球也遭受过同样的轰炸，那么它所遇到的情况会更糟。它的体积更大，引力更强。这一灾难性事件就是所谓的“晚期大轰炸”——之所以叫它“晚期”，是因为它发生在地球成形后，按理说，此时这样密集的陨石轰炸事件应该早已平息。但据估计，在那时，至少每一千年就会发生一次足以导致恐龙灭绝的陨石撞击事件。这样大规模的撞击足以把大部分地球表面变成一片炽热的岩浆海，足以把原本已经蓄积起来的水蒸发殆尽。没有一种生命形式能够在这个时期幸存下来。撞击事件如果确实存在，那么它就会收窄生命在地球上出现的时间窗口：它们在地球上站稳脚跟的时间不会早于39亿年前。但是同位素分析和化石记录却表明，它们在38亿年前就已经非常活跃。以地质学的时间尺度来看，生命几乎是即刻起源的。 收集样本。阿波罗17号宇航员Harrison Schmitt正在收集月岩样本，它们后来被带回地球进行了年代和成份测定。NASA 但是许多科学家对此心存疑虑。宇航员采集的月岩标本只来自月球表面的一小块地区。虽然它们的采集点并不是同一个，但却很有可能来自同一次大型撞击事件，这样它们的年龄也是相同的。不过21世纪初，行星科学家开始意识到，太阳系的行星可能并不是在它们今天所在的位置上形成的，而是通过轨道转移，迁徙至此的。十年前，法国尼斯的一个科研小组建立了一个颇有影响力模型，能够重现太阳系行星到达今天所在位置的过程。在此过程中，大行星会把大量小行星带入内太阳系，制造出密集的陨石轰炸事件。连许多持异见者都被这个优雅而精细的模型说服了，“晚期大轰炸”也由此进入了教科书。 今年九月，洛杉矶加州大学的两位科学家Patrick Boehnke和T. Mark Harrison发表了一篇论文，几乎要毁掉“晚期大轰炸”的理论基础：阿波罗月岩样本的年龄。他们认为，用以测定样本年龄的氩对温度十分敏感。稍有升温，它们就会从月岩中释出，进而影响月岩氩的含量。这样的温度改变能够由发生在撞击点附近的新陨石撞击事件带来，它们本身可能不足以融化这些岩石。但这样的事件多次发生后，月岩中氩的总体含量会发生明显的变化，最终导致样本表现得比实际年轻。也就是说，阿波罗月岩样本中的氩钾比例并不能说明发生过密集的陨石轰炸事件。 这两位科学家用计算机模拟了多种可能性，以确定月岩中氩的含量是否真的和“晚期大轰炸”有关。结果发现，缓慢而平顺下降的陨石轰炸率也能对此加以解释。简而言之，他们发现，人们在对阿波罗月岩年龄的估计中，过多地考虑了陨石轰炸这个因素。由于这是“晚期大轰炸”假说的理论基础，所以他们认为，这次密集的陨石轰炸事件可能根本没有发生过。 一些学者把目光转向了小行星带，因为小行星既是“晚期大轰炸”的加害者，也是它的受害者。结果获得的证据是模棱两可的。灶神星（Vesta）是小行星带的第二大小行星，也是唯一一颗和某些落到地球的陨石有确凿关联的小行星。亚利桑那州立大学的Julia A. Cartwright等人在分析了那些据信是来自灶神星的陨石后发现，陨石中的一种成份曾经被融化过，似乎表明太阳系发展史上的确出现过一次密集的撞击事件。但这次事件的发生时间是在34亿至37亿年前。
然而当瑞典隆德大学的Simona Pirani和意大利国家天体物理研究所的Diego Turrini，分析了“黎明号”探测器2011至2012年间造访灶神星时获得的影像数据后却发现，灶神星身上能够证明发生过密集轰炸事件的迹象很少。在它身上的环形山中，很少有产生自那个时期的；它们中的大部分形成时间要近得多。灶神星没有大气和海洋，也没有板块活动，这些撞击的痕迹不可能被抹去。事实上，大轰炸如果真的发生过，那么它的猛烈程度足以把灶神星甩出小行星带。因此，这个小行星的存在本身就能够说明没有发生过这样一次灾难性事件。 叠层石。这些大块头是一种由蓝菌产生的石灰岩沉积物。Doug Perrine 与此同时，许多地质学家和微生物学家开始质疑“晚期大轰炸”。即便它发生过，是否真有那么糟糕？东京理工学院的Yuhito Shibaike和Shigeru Ida，以及京都大学的Takanori Sasaki认为，“晚期大轰炸”仅能融化大约70%的地球表面。70%已经相当多了，但生命仍然能够找到庇护所。斯坦福大学的Norman Sleep等人认为，如果生命起源于海底并那里扩散，那么对它们而言，最大的危胁是海水的蒸发。然而“晚期大轰炸”似乎缺乏能够让这么多海水全部沸腾的能量，因此地球上的生命可能并没有在那时被清理干净。 更多的启示来自古老的锆石晶体。锆石需要液态水才能生成，因此它们也表明，陨石轰炸并没有把地球表面全部融化，也没有将地球表面的所有水蒸发。 假如Boehnke和Harrison所言不虚，那么我们又该如何理解生命在地球上的发展史呢？ 假如早期地球并没有经历“晚期大轰炸”，陨石轰炸频率只是缓慢地逐渐下降，那么地球上一个对生命友好的环境产生时间，可能要比我们之前认为的早得多，这样的环境在44亿年前可能就已经有了。但是假如38亿年前生命才在地球上出现，那么就意味着生命的起源至少用去了几亿年时间，也就是说生命的稀有性要远超我们的想像。 但是也有证据表明，生命要比地质学家和生物学家先前认为的更加古老。Boehnke和Harrison等人在另外一个研究项目中发现，锆石中存在着可以追溯到41亿年前的生命迹象。如果是这样，那么就意味着在地质年代的尺度上，生命几乎是即刻出现的。大自然不会把一切都安排妥当，所以只要拥有合适的环境，生命的产生和扩散并不困难，甚至于是一种常见现象。 这些发现为天体生物学引入了新的不确定性。几十年来，“晚期大轰炸”对我们而言都是一个重要的标杆，它能够让我们了解太阳系的演化，了解太阳系是如何从原始的浑沌一步步变得有序的。 假如“晚期大轰炸”不存在，那么太阳系演化模型就需要修正了。 与此同时，假如生命形式能够在合适的环境中快速产生，那么每一个位于宜居带的行星或卫星上都有可能产生生命。银河系平均每个恒星拥有一个行星，因此对于寻找地外生命而言，天空中几乎所有恒星都可以成为我们的搜寻目标。假如生命的起源是一种稀有事件，那么我们就必须把望远镜指向那些年老的恒星，在那里，生命才有充足的时间得以产生。 原文：Kimberly M.S. Cartier、Jason T. Wright |
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