生命第一次進化時的海洋有多熱？

當遠古地球的表面升起煙霧之時，或許這顆年輕的星球就是圖中藝術家所展示的那樣——一個淡橘色的圓球

來源：Francis Reddy/NASA"s Goddard Space Flight Center

我們對地球起始40億年間其表面的溫度知之甚少，這限制了我們探究地球上生命的起源以及它們是如何出現的。

如今科學家認為，通過復活遠古時的酶可以估計溫度，因為在這樣的溫度下，億萬年前的生物體可以進化。

研究人員認為我們不僅僅應該理解生命是如何誕生在地球上，還應該了解生命以及地球環境在億萬年的地質發育史下是如何共同演變的。對於宇宙中其他地方，生命也必然會出現這種共同演變的情況。

於是研究人員就專註於地球表面溫度的歷史。岩石能幫我們推測持續了5.5億年的顯生宙時期的溫度，這個時期複雜的多細胞生物包括人類產生了。然而，像這樣的「古溫度計」在早期的隱生宙很少存在，隱生宙跨越了46億年以及生命的出現。

早期的地質學證據表明在35億年前，也就是太古代，海洋處於55~85攝氏度。但是他們迅速的降溫到現在的平均溫度也就是15攝氏度。科學家是通過檢測海洋岩石中氧以及硅的同位素來進行預測的。在海底有富含石英的岩石，他們被稱為黑硅石，當海水冷卻的時候這些岩石有了更高程度的氧18以及硅30同位素。原則上，不同輕重的氧同位素和硅同位素的多寡之比可以揭示古時的溫度。

但是，這樣的古溫度計並不能恰當的考慮到岩石以及海洋在億萬年的過程中會產生怎樣的變化。很可能同位素的比值會隨著物理或化學環境的變化而多次變動，例如流離地面的水或者來自深海熱泉的水。

考慮到種種不確定的因素，研究員們找到了一種獨立的測量隱生宙時期海水溫度的方法，該方法以生物分子的行為為主。科學家檢測了一種酶，這種酶稱作二磷酸核苷激酶，這種酶能夠操縱DNA以及RNA的生成模塊，以及其他成分。幾乎在所有生物體上都能找到這種蛋白，它們對於那些已經滅絕的生物體也至關重要。先前的研究就已經發現了蛋白質穩定性的溫度與生物生長之間的關係。

圖片來源：Ming Tang/University of Maryland

左邊的圖片展示了30億年前太古代早期地球可能的模樣。橘色的部分表示板塊運動前富含鎂元素的原始大陸，儘管不可能確定它們的準確形狀以及位置。海水呈現綠色是因為當時的水裡含有大量的鐵離子。圖底的時間線追溯了大陸地殼從富含鎂到缺少鎂。

通過合成這些重建物，科學家可以通過實驗方法來複活遠古的蛋白質，並找到讓蛋白質穩定的溫度，最後推測出能夠支持遠古生物體存活的可能溫度。

當這種遠古酶可能存在的時候，科學家就會估計和它最近的親屬。如果這些親屬之間的序列差別的越大，那麼它們的共同祖先也就出現在更久以前。科學家利用這種差別來估計例如NDK重建物的生物體的年齡。

先前的研究也重建了古代時候的酶並且推測出來過去的溫度，然而這些酶有一部分是來自那些生活在非常熱的環境的生物體中的，這些生物體並不能代表更廣闊的海洋。所以科學家們重建了那些陸地植物以及能夠被陽光照射到的上層海洋中的光合細菌的NDK。

疊層石就是生物結構的例子，可追溯到37億年前 圖片來源：Pamela Reid, Ph.D., University of Miami Rosenstiel School

研究人員表明，大約4.2億年前，地球表面的溫度從75攝氏度降到35攝氏度。

蝌蚪五線譜編譯自livescience，譯者 小趙，轉載須授權

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