互动科普

22亿年前

环境：氧气含量约0.1%

人类的祖先：原核生物

大陆：虽然有火山岛和小规模的大陆，但是其具体位置不详

地球表面覆盖着厚厚的冰层，碧空如洗，一望无际

22亿年前，整个地球表面覆盖着厚厚的冰层，进入了地球史上第一次冰期。

进行光合作用的单细胞生物——蓝藻是这种“风景”的始作俑者。在这一时代稍前，蓝藻的光合作用非常活跃，并从大气中吸收了大量的二氧化碳。二氧化碳具有保温效果，含量剧减后，导致地球变得越来越冷，直至进入了大冰期。

在这一时期之前，天空变蓝了

与今天一样，那一时期的天空也是蔚蓝色的。不过，研究认为，在更加远古的时代，天空并不是蓝色的，蓝藻是带给地球蔚蓝天空的“幕后功臣”。

27亿年前

环境：氧气含量约10万亿分之1 ，也可以说，地球上几乎没有氧气

人类的祖先：原核生物

大陆：存在火山岛和小规模的大陆，但是分布不详

大气中没有氧气，天空是红色的

27亿年前，地球上的风景让人简直难以相信这就是人类的未来家园。天空发红，远远看去，云雾朦胧，一片模糊，甚至连倒映着天空颜色的海洋看上去也是红色的。

那时的大气成分与今天截然不同。大气中几乎没有氧气，而是充满了甲烷、二氧化碳等温室气体。由于大气中含有大量源自甲烷化学反应的微粒子，因此，整个天空看上去是红色的，而且朦朦胧胧。此外，海洋中含有丰富的铁离子。

恒星演化模型显示，当时的太阳亮度要比现在昏暗，给地球加热的能力还相对较低。不过，多亏二氧化碳和甲烷等强烈的温室气体，地球才得以维持温暖的环境，进行无氧呼吸的原核生物才得以存活下来。

35亿年前

气候：几乎没有氧气，大气的主要成分是氮和二氧化碳。此外，大气中还含有甲烷等

人类的祖先：生活在高温环境中的原核生物

大陆：虽然有火山列岛等，但估计还没有大陆

所有生物的共同祖先生活在海底热泉喷溢口？

在35亿年前漆黑的海底，耸立着许多喷发黑色浑浊热液的“烟囱”。热液中含有丰富的有机物和硫化氢。对生物来说，有机物是维系生命必不可缺的美食。那些林立的烟囱——深海热泉喷溢口——被公认为是所有生物的“共同祖先”的家园。

海水沿海底裂缝向下渗透，被地热加热升温（最高温度可达350℃）后，又沿着裂隙对流上升并在海底喷发，喷出的地方就是热泉喷溢口。由于海底的水压非常高，热液温度虽然远远超过了100℃，但是也不会沸腾。

热液将硫化氢等易发生化学反应的物质以及甲烷等简单的有机物从地下“搬运”到海底。喷出的物质与海水中的物质混合后，温度降低，发生化学反应，形成黑色的微粒子，看上去非常像烟，因此，热泉喷溢口也称为“黑烟囱”。此外，由于大量的微粒子沉积在喷溢口周边，所以就形成了“烟囱结构”，高度甚至可达几十米。

现代生物基因分析的结果表明，所有生物的共同祖先适应了高温环境，因此，研究认为，生物的共同祖先曾经生活在食物丰富的热泉喷溢口。

热泉喷溢口是制造生命材料的“实验室”？

一些学者认为，热泉喷溢口不仅是生物的共同祖先的“住所”，还是地球上最早生命的诞生地。以热液中的简单有机物为基础，生成了DNA和蛋白质等复杂的有机物，最终诞生了原始生命。

黑烟囱中喷出的热液温度最高可达350℃，DNA和蛋白质等复杂的有机物根本无法承受如此高的温度。不过，在黑烟囱的周围，通常分布着“白烟囱”（喷出温度较低的温水）。此外，从烟囱壁的海绵结构不断渗出温度降低的热水。在这些地方有可能发生了各种化学反应，并形成了复杂的有机物。也许热泉喷溢口是布满大量试管的天然“化学实验室”吧。

38亿年前

环境：被地球磁场、大气和海洋包围着

大陆：虽然有火山列岛等，但是，大部分的地表都被海洋覆盖着

地球具备了生命能够生存的环境

在38亿年前，地球——这个诞生于温度极低的宇宙空间的“庇护所”终于实至名归，形成了适合生命生存的环境。地球内部分成了地核和地幔，周围被海洋、大气和地球磁场所包围，这些都是生命诞生必不可少的要素。

地核、大气、海洋和地幔各自发挥什么作用？

地核位于地球的中心，主要由铁等金属元素组成。由于地核中的液态铁可以流动，因此，在地球周围形成了地球磁场。地球磁场可以遮挡来自太阳的高速粒子（太阳风，一种对生物有害的射线）等。

由于大气中含有丰富的二氧化碳等温室气体，因此，尽管当时的太阳亮度比现在昏暗，但是，地球依然非常温暖，水才能够不结冰而以液体形式存在。

海洋则将热量从容易被阳光加热的赤道“搬运”到难以加热的两极，实现了给整个地球加热的作用。

地幔是位于地核周围的岩石层，虽然是固体岩石，但是，通过热岩石上升、冷岩石沉降的方式，而在缓慢对流。在这个过程中，通过热泉喷溢口和火山，生成了生命活动能量之源的物质。此外，地幔对流形成了火山列岛，陆地逐渐增多。

除此之外，地核、大气、海洋和地幔还有许多功能，它们协调一致，共同发挥作用，从而确保了适合生物生存的环境。

孕育生命的环境是如何形成的？

研究认为，在形成适合生物生存的环境之前，地球经历了动荡不安的时代。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）