在地球刚刚形成的初期,环境可谓极其恶劣。小行星、彗星以及行星形成过程中遗留下来的岩石碎片轮番袭来,持续的猛烈撞击让这个年轻的星球如同处于一场不断上演的灾难之中。在这样的环境下,任何我们所熟悉的生命形式几乎都无从生存。然而,最近的一项研究揭示了一个关键的时间点——大约 4.33亿年前,地球经历了一段理想的生存条件,研究者们称之为“甜蜜时刻”或“甜点区”(sweet spot)。这个时期标志着一个假说中的阶段——RNA世界,该阶段据信发生在所有生命的共同祖先LUCA之前。换句话说,在“最后一个普遍共同祖先”出现之前,地球可能经历了一段以RNA为基础的生命形式。
了解RNA世界的概念至关重要。RNA,全称为核糖核酸,它是一种单链分子,在结构上与DNA相似。在现存活细胞中,RNA承载着诸多重要的职能。科学家推测,在DNA出现之前,RNA可能是主要的遗传物质,能够独立复制并传递遗传信息。根据这一假说,生命起源的旅程大致可以描述为:最初是RNA世界,随后进化出现RNA和蛋白质共同存在的时代,最终DNA物质的出现又被划分为两个阶段,学者们给这两个阶段取了绰号,称为U-DNA世界和T-DNA世界,最终导致了LUCA的出现,从而奠定了地球上所有生命的基础。
需要注意的是,RNA世界仍然是一种假说,尚未被完全证实。尽管研究者们提出了其他版本或混合版本的理论,RNA世界却是目前较为主流的模型。此次新研究的核心问题并不是“RNA世界是否真实存在”,而是探讨了如果它存在的话,可能的形成时间。 金年会
研究团队来自美国亚利桑那州的行星科学研究所,由Oleg Abramov领导。他们通过建立一套复杂的计算机模型,模拟地球从45亿年前到35亿年前期间,巨型小行星撞击对地壳条件的影响,以及整个地球是否适宜生命的存活。Abramov在与Live Science的邮件交流中解释道,这一撞击模型基于一些可观察到的证据,例如月球表面的陨石坑记录。研究者同时探讨了两种不同的效应:一种是生命存在的威胁,例如撞击造成的高温会导致关键生物分子的降解;另一种则对生命有利,比如撞击可以产生热液系统。
模拟结果显示,在44亿年前之前,直径数百英里的太空岩石接连撞击地球,使得表面环境持续处于“消毒”的状态。这样的尺寸意味着这些撞击不仅大得惊人,甚至要比导致恐龙灭绝的那颗小行星大一个数量级,尽管它们的规模还是远小于造成月球形成的大型撞击。Abramov表示,正是在如此严酷的环境下,生命几乎无望生存,因为这些撞击可能导致地壳大范围熔融、海洋的蒸发以及极端温度梯度的出现,地表更是会降下大量的灼热物质和岩石蒸气雨。
然而,44亿年前之后,情况开始稳定。近地表的地壳中涌现出了热液喷口,集中涌现出制造RNA所需的各种原材料,包括核苷酸、短氨基酸链(肽)及磷脂类化合物。基于这一发现,Abramov得出结论:地球在44亿到43亿年前之间逐渐适宜于RNA世界,而最佳的生存条件是在大约43.3亿年前。 金年会
这个新发现的时间框架与之前的估算大致吻合。Abramov提到,类似的研究曾预估RNA世界的形成时间大约在43.5亿年前,但这项研究却有效地缩小了时间的不确定性范围,之前的范围还曾辐射至44.6亿到42.6亿年前,或者44.5亿到39亿年前。不过,这种收窄并不代表定论,研究者们强调,RNA世界具体持续的时间依然高度不确定,研究并未明确阐明这一时长。另一个引人注目的数据是,从RNA世界的颖盛期到LUCA的出现,大约相隔了1.3亿年,科学家普遍认为LUCA的存在大约是在42亿年前。然而,两个事件的具体时间依然充满了不确定性,这使得它们之间的间隔最高可能延续到2.4亿年。
这项研究的重要性不言而喻。将时间线展开来看,可以发现一个引人入胜的结构:地球曾经历一段几乎无人存活的撞击期,接着是相对安静的环境,随后又出现一个或许适合RNA复制的最佳窗口,最后才迎来所有生命的共同祖先。这些事件彼此之间相隔数亿年,彰显着地球早期历史的复杂性和神秘性。
该项研究的成果已在《自然·通讯》上发表,标题为《地球早期阶段的RNA世界出现时间线》。它所提供的不是关于“生命何时诞生”的确切答案,而是一个更为狭窄的时间范围——在这个阶段,地球的环境条件可能刚刚达到适合生命起源的状态。至于RNA世界是否真实存在、其持续的时间以及最终如何让位于DNA,这些问题当前依然悬而未决。因此,更贴切的说法是,研究者们找到了一个“可能适合”的窗口,而并非明确识别出生命起源的确切起点。 金年会