藍色的地球生機勃勃，表面豐富的海洋和足夠密度的大氣使其在眾多行星中脫穎而出，生命也得以在這里起源演化。生物與地球環境的協同演化進一步使得地球成為更加適宜生命居住的星球。地球環境如何引發生命的起源是一個重要且復雜的研究課題。

地月系孕育了生命，妝點了自然。來源／wiki

地球是目前已知唯一存在生命的天體，地球因何成為天選之地？地球是否是宇宙中生命唯一的溫床？又是怎樣的契機使得物理化學過程質變為生命過程？

這一系列問題吸引了古往今來無數科學家的目光。要想解開地球生命起源的重重謎團，需要著重關注地球生命何時產生、首個生命是以何種形式出現、生命出現在什么環境、地球與地外有機物之間是否存在交換等問題。因此，通過研究地球早期生命，我們才能理解生命從無到有所經歷的重要環節，進而認識宇宙中生命可能的存在形式。

星際中也存在相對復雜的有機分子。來源／wiki

/ 地球生命產生的時間

一般來說，生命要滿足能夠進行自我復制、新陳代謝和區室化等條件。對于地球生命而言，細胞結構的產生是由非生命過渡到生命的主要節點。由于地球生命全部都以磷脂雙分子層構成細胞膜，以脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）為遺傳及轉錄載體，以 20 多種氨基酸為蛋白質的基礎組成元件。因此可以推測所有地球生命應該擁有一個共同的單細胞祖先。至于在同時期是否出現過其他類型的生命，因為后來無法適應多變的環境而滅絕，就不得而知了。所以，想要確定地球生命起源的時間，尋找生命遺留下來的證據是最關鍵的步驟。

早期生命遺留下來的最常見證據是化石，根據鑒定和研究手段，可以將化石分為形態化石和分子化石。在生命起源初期，像疊層石這樣能作為可靠證據的微生物形成的宏觀化石十分難得，絕大部分形態化石或生物構造（例如生物礦化物質）難以僅從形態學上確定是生物成因，因此一般需要其它分子證據等共同支撐。

海底沉積物中的古老單細胞藻類。來源／wiki

古老的單細胞生物有孔蟲的化石。來源／UKfossil

核酸、蛋白質、脂類分子和小分子代謝物都是常見的生物分子證據。其中，RNA 的半衰期僅為數分鐘至數小時，DNA 的保存時間跨度大概是數千年到數十萬年，相比于地質時間尺度較短，并且往往在特殊的地球化學條件下才能較好地保存下來；如若在氧化環境下，DNA 的半衰期僅為數周時間。蛋白質能保存最久的時間也不過 6800 到 8000 萬年。不過，脂類分子和小分子代謝物（如藿烷類化合物）可能保存更長的時間，甚至超過 15 億年。

在目前的化石研究中，光譜學占據著重要地位。當類似微生物化石的微結構被發現后，拉曼光譜和紅外光譜等技術可以用于鑒別該微結構內的含碳礦物、有機質、碳氫鍵等暗示生命活動的信號，這些信號也能通過對沉積后替換和降解作用的研究來進一步證實。此外，同位素手段也可以識別微生物活動留下的生命痕跡。

年輕的地球在后期猛烈轟炸時期的想象圖。來源／Science Photo Library

當地球在 45 億年前產生穩定的地殼和水圈時，宜居條件就基本產生了。但那時的地球頻繁遭受隕石撞擊，無法維持穩定的宜居環境，直到 39 億年前后，晚期大轟擊事件（LHB）才結束。盡管學術界對于 LHB 的存在與否仍有爭議，但是根據碳同位素比值以及疊層石的年代推測，可以確定目前已知的最早生命出現在 37 億年前。換言之，如果存在 LHB，生命起源應該產生于 37 到 39 億年之間；如果不存在，則生命產生的時間可能更早，即在 37 到 45 億年間。

/ 自源型起源假說

對于地球生命的起源，科學家有著諸多猜測，包括是在還原性的大氣、深海熱液口金屬硫化物沉積、地熱區域、或是撞擊地球的小天體中。

還原性的大氣允許甲烷、氫氣、氨氣等含氫化合物的累積，通過自然界的放電反應，它們能夠合成有機大分子，這些分子在低溫大氣環境中更加穩定，也更適合碳氫化合物的保存。

另一個著名的猜想是 RNA 世界假說。RNA 世界假說是基于 RNA 既可以作為遺傳物質，又能作為核酶，靠自我復制就能不斷擴增、代謝并存留的特點。但是，由于 RNA 的壽命很短，且酶功能有限，才逐漸演化為更加穩定的 DNA 遺傳物質 - 蛋白質酶體系。目前已知 RNA 僅在病毒和類病毒中作為遺傳物質存在。不過，RNA 在高溫環境下穩定性較低，所以與還原大氣假說一樣，該假說同樣支持一個相對低溫的環境。

想象中的 RNA 世界。來源／scripps

除生物低溫起源假說之外，高溫起源也是生命起源的研究熱點。

地球的深海熱液系統包含生命基本元素、必要的熱能量和電化學體系，而被認為是孕育地球生命的潛在溫床。大陸的地熱場也可能是生命的起源之地。地熱系統中的水體在蒸發過程中有可能富集生命基礎分子或其前體，從而加速前生命物質之間的組裝。另外，太陽光也能夠成為生命的能量來源，從大氣中通過光化學反應產生的鹽分和有機物則能夠成為生命的營養來源。

核糖體進化模型。來源／wiki

/ 外源型起源假說

天體生物學先驅卡爾 · 薩根提出，雖然地外的生命形式很可能與地球的截然不同，但是人類無法脫離所熟知的碳基生命來探測地外，因為一個礦石可能放在其它星球上就能成為生命，但在地球上，我們依然無法將其劃歸為生命。因此，我們無法脫離人類認知基礎，而去盲目相信天馬行空的猜測。直到現在，卡爾 · 薩根的邏輯依然不過時。

地外天體也可能是生命有機分子的重要來源。太陽系的碳質球粒隕石中發現過一些納米級有機分子球粒，通過對其中氫同位素的檢測，認為它們（包括較復雜的氨基酸）應該形成于太陽系誕生前的星云時期。所以，即使早期地球劇烈的火山和地殼活動破壞掉了原有的有機物，太陽系中的小天體也能攜帶這些物質抵達地球，從而滿足生命發生的物質條件。

南極隕石 ALH84001 以及其中的細長磁鐵礦晶顆粒。

在可能含有冰的小天體中，放射性同位素的衰變可以導致溫度升高并產生液態水。同時，研究發現宇宙射線和紫外輻射可以誘導合成復雜有機物，包括氨基酸、核酸堿基、糖類和難降解有機質等。近日，日本團隊在小行星 " 龍宮 " 上采集樣品中發現存在多種氨基酸，也證實了小天體確有形成和攜帶復雜有機物來完成行星間傳輸的能力。

/ 我們從哪里來？

地球生命現象的發生是無數宇宙事件中的奇跡之一。生命究竟何時產生？地球是否是唯一擁有生命的星球？這些都是人類探索宇宙的永恒話題。

如果換一種可能，地球生命可能是另外一種景象。來源／wiki

目前認為，地球生命的形成是在相對較短的時間內發生的，由前生命過程將生命一步一步構建起來。在經歷了可攜帶遺傳信息的生化分子的篩選、具有酶學功能和信息傳導的生化分子的挑選、各種代謝鏈的建立、代謝網絡的完善、代謝過程的區室化等一系列步驟后，最終形成了我們現在所熟悉的以細胞為基礎的生命形態。在此過程中，生命所依賴的有機物可能來源于還原性大氣、地球熱液系統、地外天體輸入等，而生物必需分子的同手性特征通過自催化反應產生后，可以被生命祖先有效利用于繁衍和代謝活動。

盡管地球最早的生命無法被直接認知，但是科學家可以通過化石、同位素、有機分子、分子鐘等方法探究和刻畫生命最早出現的時間和特點，從而一步步揭開地球生命起源和演化的神秘面紗。