第一節　原核生物可能在40億年前就在地球上出現

生命是什么時候在地球上出現的？這個問題初看上去好像很難回答，因為最初的生命非常簡單，不過是細胞膜包裹的一團水溶液，本身不容易形成化石。但在實際上，科學家還是可以發現它們在遠古存在的證據，那就是通過它們留下的痕跡。

2017年，科學家研究了加拿大西北部的一處海洋沉積巖，形成年代的范圍從37.7億年前~42.8億年前，平均為40億年前。在這個海洋沉積巖中，有一些細小的管狀結構，直徑16~30微米，長幾百微米，從一個中心向四周發出，管內有赤鐵礦的細絲（圖2-1）。現在能夠把鐵氧化為赤鐵礦的細菌也是管狀的，從一個中心向四周發出，細胞內也有赤鐵礦細絲，說明這些管狀物可能是早期能夠將鐵氧化的細菌（氧化的含義見本章第七節）。

為了進一步證明這些結構是生物形成的，而不是某些地質因素的結果，科學家們測定了這些管狀物中碳同位素的組成。碳原子核含有6個質子，但是可以有6~8個中子，所以原子量（原子的質量，大致相當于質子數加中子數）分別為12、13和14，寫為碳-12、碳-13和碳-14。生物在進行新陳代謝時，對這些碳同位素并不是一視同仁的，而是偏愛最輕的碳-12。這樣，在生物體內含碳的化合物中，碳-13/碳-12的比例就會比自然環境中低。研究表明，管狀物中碳-13/碳-12的比例確實比環境中低，證明這些結構是生物來源的。

圖2-1　40億年前氧化鐵的細菌

藍細菌過去被稱為藍綠藻，其實是一種細菌，屬于原核生物，而藻類是真核生物（見第四章第七節）。藍細菌可以在淺水處聚集，形成菌膜。被菌膜黏附的沙子可以免受水流的沖刷，形成和菌膜形狀一致的結構。菌膜被水流掀起時，沙子也會和菌膜一起卷成筒狀結構，菌膜被沙掩蓋，上面又可以長出新的菌膜。這樣長期反復沉積，就會形成具有多層結構的疊層石。如果我們在古代的沉積巖中也發現類似的結構，就表明生命曾經在這些沉積巖中存在。

帶著這個想法，科學家在澳大利亞西部有35億年歷史的皮爾巴拉沉積巖中發現了疊層石（圖2-2）。疊層石中碳-13/碳-12的比例也比自然環境中低，證明它們也是由生命過程形成的。藍細菌能夠進行光合作用，是比較復雜的細菌，形成的時間比氧化鐵的細菌要晚，但也在35億年前就出現了。

圖2-2　35億年前藍細菌在澳大利亞西部形成的疊層石

將鐵氧化的細菌和藍細菌都已經是真正的生物。對這些細菌的研究表明，原核生物與最初的RNA世界相比，已經有了多項重大發展。這些發展不僅使原核生物能夠有效地生存，在幾十億年后的今天仍然在地球上繁衍，而且奠定了地球上更高級生命發展的基礎。