这块岩石呈深锈红色，夹杂着灰色的条纹。它高耸于灌木丛生的苔原之上，构成了起伏地形的一部分，这片地形一直向下倾斜至魁北克省北部的哈德逊湾，而且已经持续了很长时间——可能几乎和地球本身一样长。这是地球上一个罕见的地点，是少数几处保存如此古老岩石的地方之一。板块构造和地壳无情的循环利用过程反复吞噬着我们星球的表面。只有大陆深处的一些区域才逃脱了这一命运，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们会前往这些原始地点进行朝圣。生命在这些岩石中书写了它的最初篇章。科学家们希望能够解读它们。
加拿大地质学家Dominic Papineau多年来一直策划前往这个被称为Nuvvuagittuq超陆表带的偏僻之地。2008年，他终于筹集了数千美元的资金，并从华盛顿特区的卡内基科学研究所出发，经过三次转机，最后乘坐小型飞机抵达。如果你喜欢石头——而且不介意蚊子——那么夏天在这里漫步几周会是一个绝佳的选择。一块遍布地衣的石头，被冰川打磨得光滑，从稀薄的土壤中伸出。
Papineau在小溪边搭起了帐篷。一年中那个时候，在那个纬度，太阳凌晨4点就升起了，这给了他充足的探索时间。在他离开前的三天，Papineau发现了一个长约20到30码的条带状铁矿：红色的赤铁矿与黑色的磁铁矿层层堆叠，就像一个红灰色的拿破仑蛋糕。它形成于距离古代深海热液喷口不远的地方。像四分之一美元大小的斑点点缀在表面，形成了细微的漩涡。Papineau知道，在更年轻的岩石中，这样的痕迹可以表明过去存在生命。“当我看到这种材料时，我知道我需要采集样本，”他说。他用大锤砸下了几块。
到了离开的时候，他把一百多磅重的岩石纪念品搬回了他在卡内基研究所的实验室，他当时是地球物理学博士后研究员。在那里，他的新样本加入了他的收藏，并像石头一样耐心地等待着，直到他找到时间进行分析。
Papineau在2014年搬到伦敦大学学院后，终于开始了他的研究。由于Nuvvuagittuq地层被认为有37.7亿至42.8亿年的历史，他的样本比我们45.4亿岁的星球只年轻一点点。Papineau和研究生Matthew Dodd进行了十几次分析，最终得出结论，这些不起眼的岩石中蕴含着地球上发现的最古老生命的证据。
3月，他们在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。如果属实，他们的研究将支持生命起源研究中一个较新的理论：早期生命不是经过十亿多年的时间才组装其基本构件，而是在数千万——甚至可能数十万年的地质瞬间内爆发出来的。
此外，生命可能并不需要奇特的巧合。相反，它可能仅仅是地球早期化学反应的常规结果，可能是任何地方的岩石、湿润行星上的一组默认条件——仅在银河系就有400亿颗这样的行星。
然而，生命起源领域，就像早期的地球本身一样，是一个理论争论不休的大熔炉，每一个新的理论都会受到挑战，有时甚至会被批评的火山熔岩所掩埋。如果Papineau和Dodd错了——有些人怀疑他们错了——他们发现的痕迹和矿物质可能只是一种幻觉，是另一种误导性的地质学案例，制造了很久以前微生物的假象。这将带来后果。Papineau开玩笑说，乔尔丹诺·布鲁诺，因提出其他星球存在生命而被烧死在火刑柱上。幸运的是，那种同行评审方式已不再流行。取而代之的是，他们可能会承受现代等价物。
起源故事
1992年，洛杉矶加州大学的Bill Schopf声称在西澳大利亚的岩石中发现了35亿年前的微体化石。这一说法持续了10年，直到牛津大学的天体生物学家兼古生物学家Martin Brasier指控Schopf误读了这些岩石。以及它们的地质学。Brasier声称Schopf挑选了他的证据，甚至可能犯有欺诈罪。
在那年的天体生物学科学会议上，科学家们公开争论。在数百名生命起源和地外生命研究者面前，Brasier和Schopf唇枪舌剑，互相抨击对方的科学。Brasier获胜。今天，该领域的多数研究人员确实认为Schopf的岩石显示了早期生物的证据——只是不是他认为自己看到的那种。
自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”中以来，该领域几乎产生了与专门从事这项工作的科学家数量一样多的理论。总的来说，这些理论遵循两个主题之一：陆地或海洋。
生物学家倾向于支持海洋理论，该理论认为生命起源于深海热液喷口，那里的超高温、富含矿物质的水从地球内部渗出，滋养并维持着生物。这似乎是合理的。海洋可以保护早期生命免受曾经炙烤年轻地球表面的持续陨石撞击和致命的太阳紫外线辐射。喷口还能提供食物或能量，形式是氢气和硫、铁等矿物质。
Michael Russell，加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，这可能导致了第一个生物的产生。“热液喷口是绝佳的栖息地，”Russell说。
这种情景也可能产生矿物柱，简单的化学物质在微小的孔洞中收集和浓缩。在那里，它们被困在一起，可以连接成长链，这是生物学所必需的。然后它们开始形成膜，构建捕获能量的系统，并创造遗传密码。最终，这些组分组装成一个微生物，可以留下Papineau在他的岩石中看到的痕迹。
陆地理论家说，这简直是荒谬的想法：海洋过于湿润，生命无法在那里获得最初的立足点。“这在化学上是不可能的，”德国奥斯纳布吕克大学的生物物理学家Armen Mulkidjanian说。新南威尔士大学悉尼大学的地质学家和天体生物学家Martin Van Kranendonk也同意这一评估。“我们将海洋视为极端环境，”他说。
Van Kranendonk和其他人则将目光投向新地球的表面，那里咸味的温泉、冒泡的间歇泉和丰富的气体充当了生命的化学摇篮。称之为火山世界。在那里，氰化氢和硫化氢的化合物可以在淡水池塘中收集。湿润和干燥的循环，加上强烈的紫外线辐射，可能导致这些化学物质以一种允许它们自我复制的方式结合起来，最终创造出遗传密码。研究人员已经在实验室中证明，DNA的构成单元可以以这种方式产生。而Van Kranendonk的团队最近也发现了来自澳大利亚一个前温泉的35亿年前生命的证据。
支持海洋理论的科学家反驳说，存在始于食物，而不是代码。在构建任何类似基因的东西之前，你需要新陈代谢和能量来源。
此外，涉及的化学物质是不可信的（氰化物？）。“生命来自阳光下的有机分子的想法是荒谬的，”Russell说。他以喷气式飞机做类比：你不会给一个没有引擎的火箭安装导航系统，然后期望它能工作。燃料优先。
在科研领域，每个人都是专家，又都不是。解决这个问题需要一整个大学的科学家：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。每一种都需要不同的训练和专业知识。“物理学、范德华力、托尔斯泰关于自组织的想法——为了生命的出现，我有什么不需要知道的？”Russell问道。
更糟糕的是，从创生之初就没有数据。唯一的信息来源是岩石，它们几乎和地球一样古老，大部分被热、压力和时间扭曲和变形。无论你的工具多么先进，解释古老的岩石时，你都有可能“Schopf化”。伦敦大学学院的进化生物化学家Nick Lane说：“这有点像地质学的狂野西部。”“很难解释。你可能会因此丢尽脸面。”
分析古老线索
Papineau在UCL纳米技术大楼的小型实验室里，只需要走两步就能走完。从我站的地方，走一步就到了装满他从世界各地收集的精心标记的布袋岩石的橱柜。再走一步就到了他现在俯身着的显微镜。他正在寻找一些好的东西给我看。他转向附近的电脑，调出了一张显微照片，这张照片放大了《自然》杂志报道中那块岩石的内部。在我看来，它看起来像厨房的台面：黑白相间的斑点，点缀着暗红色，背景是灰色。对于训练有素的眼睛（而不是我的），每种颜色和形状都揭示了材料的成分以及它是如何形成的。
地质侦探工作很像进行刑事调查。因为一切都发生在很久以前，所以从来没有确凿的证据。关键在于启动多条调查线索，让你从不同角度探索你的谜团。就像你在核实证人陈述一样，如果他们都说了同样的话，你就可以相当确信你关于发生了什么、何时发生以及如何发生的理论是正确的。
法医过程的第一步是切下岩石的一部分，并将其研磨得足够薄，以便光线能够穿透。然后Papineau和Dodd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，呈莲座状，大小如盐粒。
在电脑屏幕上，Papineau向我展示了模糊的靶心标记。中心是珍珠灰色的石英，点缀着暗红色的赤铁矿。周围是白色和鸽灰色的环。“看这多美啊，”他说。“它几乎是完美的圆形。”他推测，这种形状是由生物材料腐烂产生的，产生二氧化碳，然后形成碳酸盐矿物。
接下来，Papineau调出了一张显微照片，其中血红色的带状物在白色石英背景上蜿蜒扭曲。他和Dodd没有预料到这一点，但除了生命存在的化学迹象外，他们还发现了他们认为是实际化石的东西。这些细长的管状物，与现代深海热液喷口系统中铁氧化细菌形成的形状相似，并且像更年轻的化石——这是一个更重要的线索。“你在显微镜中看到这个，然后你会说——”他打了个响指——“这在告诉我什么，但我不知道是什么。”他得出结论，地层中微小的黑暗结节是化石，是实际细胞的残余。扭曲的带状物是微生物废物，被地质过程覆盖了锈红色的赤铁矿。
为了确保他们的案例，Papineau和Dodd进行了与更年轻化石的物理和化学比较，并与其他研究人员合作测试样本。Papineau已经分析了轻碳和重碳的比例：生命偏爱较轻的版本，他在这种岩石中发现了过量。他和Dodd使用了微拉曼光谱，用激光照射样本，通过散射光的谱线研究其成分。他们用聚焦离子束显微镜对其进行扫描，以去除纳米级的碎片，并观察其矿物成分。在每种情况下，他们都发现了石墨碳，或与之相关的矿物质，以及表明生命存在的图案。
在他们发表论文后，地质学的沸腾大熔炉里充满了支持者和反对者。许多人称赞这项工作，但并未完全认同结论：“这些作者在应用一些先进技术方面做得很好，”喷气推进实验室天体生物地球化学实验室主任Ken Williford说。“在我们能确定解释之前，还需要更多工作。”
怀疑也同样迅速。“Papineau将一系列可能性联系在一起，指向了一个概率，但我们无法推断出样本到底是什么或不是什么，”Van Kranendonk说，他自己的2017年发现是基于一种不同类型的化石图案——称为叠层石的片状结构。其他人对这些细丝表示怀疑，认为它们看起来不对。岩石经历了过多的热量和压力，因此不可信。
Papineau和Dodd表示，他们已经考虑了所有这些。确实，他们看到的任何单一现象都可能由非生物化学引起。但除非生命也曾经存在过，否则所有现象都同时存在的可能性微乎其微。“考虑到早期生命声明的历史，我们一直都知道这项工作会引起争议，”Dodd说。“这不是一件可以轻描淡写的事情。”
更早的时间线
这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那样令人困惑，但生命从何而来以及如何开始的问题是一个持久的存在的谜团。它指向我们最原始的起源，我们都是由代码和化学物质构成的。Papineau和Dodd可能是对的。也可能不是。但似乎微生物很可能在地球形成后不久就开始繁衍。即使在如何以及在哪里开始生命的问题上没有达成共识，现在几乎所有人都同意一个基本的时间点：早期。而且速度很快。
事实上，它可能在同一时间、多个地方发生过不止一次。“这完全是可能的，”麻省理工学院的地质生物学家Tanja Bosak说。这也意味着它可能发生在另一个星球上。就火星而言，我们最近的候选者，它可能已经出现又消失了。
NASA的火星2020任务将尝试找出答案。工程师们将为其漫游者配备一台微拉曼光谱仪，该光谱仪可以做一些Papineau和Dodd在实验室里做的事情——分析岩石是否含有生物残留物。Williford，该任务的副项目科学家，将在漫游者开发过程中使用一些Nuvvuagittuq样本来测试漫游者的光谱仪。
如果有一天，一项任务能在火星或其他星球的岩石中嗅出过去的生命，Papineau认为这将改变我们对自己在宇宙中独一无二的看法。他甚至说，这可能会“统一人们”。Van Kranendonk说，这就像阿波罗宇航员从太空回望我们的星球：“这可能对我们在宇宙中的地位产生深远的影响。”
在此期间，科学家们将继续像他们一直以来一样探索——在偏远的古老岩石中，在生物化学实验室中，在洁净室的显微镜下，以及在像Lane在伦敦大学学院实验室里的那种冒泡的罐子里。那里离Papineau的办公室只有几个街区，但却是完全不同的世界。Lane建造生命起源反应器，试图复制导致创生的化学反应。
第一个版本，现在已退役，看起来像是出自《绝命毒师》的道具：一个巨大的、脏兮兮的玻璃圆筒，底部悬挂着一根管子，部分被皱巴巴的锡箔包裹，并用胶带固定。一束细细的电线从下方伸出。启动后，富含氢的碱性热流体与常见的盐类（如磷酸钾和硫化钠）通过管道流入腔室。它在富含溶解的二氧化碳、铁和镍，但缺乏氧气的酸性水中冒泡——就像40亿年前的海洋一样。
几个小时后，碱性和酸性水之间形成了蜘蛛网状的黑色管道，模仿了早期的喷口结构。Lane的一个装置产生了甲醛，它是复杂生物化学的前体。他正在进行对照实验来验证这一结果。“有几个人在认真对待这种化学反应，”他说。“我希望有人能破解它只是时间问题。”
Papineau和Dodd也在继续探索。在众多其他项目中，他们将把他们的一块岩石和化石样本送到法国的一个同步辐射装置进行3D X射线检查，这可能会表明哪些现代微生物与他们发现的古代微生物最为接近。
“一切都很重要，”Papineau说。“这些是我们拥有的保存最完好的微体化石。我们必须抓住这个机会，尽可能地对其进行表征。”换句话说，这是我们现在拥有的最好的化石之一。但也许有一天，有人会偶然发现更棒的东西——更古老、更清晰、更令人惊讶。
如果说这个研究领域证明了什么，那就是生命会抓住它能得到的任何机会，而且它会迅速地做到这一点。生命无处不在。
Kat McGowan是一位科学记者，她从加利福尼亚州伯克利和纽约市报道。
本文最初发表于《大众科学》2017 年 9 月/10 月的“时间和空间之谜”特刊。
