第一节　原核生物可能在40亿年前就在地球上出现

生命是什么时候在地球上出现的？这个问题初看上去好像很难回答，因为最初的生命非常简单，不过是细胞膜包裹的一团水溶液，本身不容易形成化石。但在实际上，科学家还是可以发现它们在远古存在的证据，那就是通过它们留下的痕迹。

2017年，科学家研究了加拿大西北部的一处海洋沉积岩，形成年代的范围从37.7亿年前~42.8亿年前，平均为40亿年前。在这个海洋沉积岩中，有一些细小的管状结构，直径16~30微米，长几百微米，从一个中心向四周发出，管内有赤铁矿的细丝（图2-1）。现在能够把铁氧化为赤铁矿的细菌也是管状的，从一个中心向四周发出，细胞内也有赤铁矿细丝，说明这些管状物可能是早期能够将铁氧化的细菌（氧化的含义见本章第七节）。

为了进一步证明这些结构是生物形成的，而不是某些地质因素的结果，科学家们测定了这些管状物中碳同位素的组成。碳原子核含有6个质子，但是可以有6~8个中子，所以原子量（原子的质量，大致相当于质子数加中子数）分别为12、13和14，写为碳-12、碳-13和碳-14。生物在进行新陈代谢时，对这些碳同位素并不是一视同仁的，而是偏爱最轻的碳-12。这样，在生物体内含碳的化合物中，碳-13/碳-12的比例就会比自然环境中低。研究表明，管状物中碳-13/碳-12的比例确实比环境中低，证明这些结构是生物来源的。

图2-1　40亿年前氧化铁的细菌

蓝细菌过去被称为蓝绿藻，其实是一种细菌，属于原核生物，而藻类是真核生物（见第四章第七节）。蓝细菌可以在浅水处聚集，形成菌膜。被菌膜黏附的沙子可以免受水流的冲刷，形成和菌膜形状一致的结构。菌膜被水流掀起时，沙子也会和菌膜一起卷成筒状结构，菌膜被沙掩盖，上面又可以长出新的菌膜。这样长期反复沉积，就会形成具有多层结构的叠层石。如果我们在古代的沉积岩中也发现类似的结构，就表明生命曾经在这些沉积岩中存在。

带着这个想法，科学家在澳大利亚西部有35亿年历史的皮尔巴拉沉积岩中发现了叠层石（图2-2）。叠层石中碳-13/碳-12的比例也比自然环境中低，证明它们也是由生命过程形成的。蓝细菌能够进行光合作用，是比较复杂的细菌，形成的时间比氧化铁的细菌要晚，但也在35亿年前就出现了。

图2-2　35亿年前蓝细菌在澳大利亚西部形成的叠层石

将铁氧化的细菌和蓝细菌都已经是真正的生物。对这些细菌的研究表明，原核生物与最初的RNA世界相比，已经有了多项重大发展。这些发展不仅使原核生物能够有效地生存，在几十亿年后的今天仍然在地球上繁衍，而且奠定了地球上更高级生命发展的基础。