闫宁
2016年9月，《自然》杂志报道称在格陵兰发现了假定的叠层石，距今37亿年。如果珊瑚礁由微生物而不是珊瑚构成，那么叠层石就有点像古老的化石珊瑚礁。这是早期地球上最易于识别的生命证据之一。虽然地球生物学家阿比盖尔·奥尔伍德曾经写到，这些化石具有“相当可信的微生物活动标志”的特征，但地球生物学家罗杰·别克却对此持怀疑态度，他说：“我有14个疑问需要解答，否则不能相信。”
2017年春天，地球生物学家多米尼克·帕皮诺及其同事报告说，在魁北克年龄为37.7亿至42.8亿年的富含铁的岩石、赤铁矿管和赤铁矿丝中发现了化石中的微生物，其外表与现今生活在热液喷口处的微生物相似。有人否定了他们的发现，认为那只不过是“疑似化石”而已。地质学家汉斯·霍夫曼于1972年提出用这个词来形容有争议的化石。霍夫曼说，“化石” 是生物得到了证实，“假化石”像生物但属于无机物，“疑似化石”（也被称为问题化石或杂化石）则含糊不清。谁也不能确定这些发现中有没有古老的石化生物。
早在19世纪初“生物学”成为一门学科之前，科学家就努力去理解什么是“生命”。大约1000年前，亚里士多德在《存在的阶梯》中就描述了一个连续体的自然排列，从岩石到人类的完美进步。17世纪的博物学家阿萨内修斯·基歇尔相信活力论在不同的物质中都有所体现，矿物的力量在衰减中形成了一些化石，这种衰减过程类似动植物的生长过程。19世纪的德国浪漫主义者，如诺瓦利斯和约翰·沃尔夫冈·冯·歌德对洞穴产生了极大兴趣，认为同样的个体力量产生了结晶，在人类中达到了高潮。“生命本身”并不存在，一切都是有机物。
今天的教科书给高中生传授这样的知识：生命具有特定的能力，如繁殖、新陈代谢、适应、自我组织和生长。但是，生物学家和其他科学家对于生命为什么独特这个问题并不那么明确。1943年，物理学家欧文·薛定谔回答了“什么是生命”这个问题，他认为生命是一个负熵系统，跟其他任何系统一样。这种思想影响了该世纪中叶的分子生物学家，他们借助控制论将生命想象为由分子“信息”组成的信号跟踪器和同态调节器。由于某种原因，DNA仍被称为“代码”。20世纪末，不同的科学家也根据混沌理论、热力学和其他物理过程来定义生命，计算机科学家甚至相信他们可以在电脑上产生人造生命。
地质学家在岩石中查找化石，这将帮助我们通过识别生物化石来解决生命构成的难题。对于时间较近的化石，比如说恐龙化石，答案很简单。恐龙虽然已经灭绝，但它们的遗体看起来很像现存的生物体：双侧对称，具有显著的特征，如骨骼、牙齿和尾巴。但是，在5.41亿至5.39亿年前的寒武纪爆发之前，生命是完全不同的，当时是在一个进化的发作中，我们今天认识到的大多数动物的身体形态突然出现。那么，那些生活和死亡在几乎完全不同于现在地球上的第一生命形式的残骸是怎样的呢？当时大陆还没有挤成一团，地球还很年幼，海洋是硫黄，头顶是苍白的太阳，大气中缺少氧气，潮汐激增，每个月只有20天。人们该如何认识年龄在25亿至39亿年的化石呢？
这是驱动地球生物学这个学科发展的一个问题。这个学科起源于20世纪中叶，它的重大推论称地球和生命是互相联系的，我们的星球随着生命的进化而变化。早期的地球与今天的地球截然不同，在早期的地球上搜寻化石，与我们想弄清楚火星、冰冷的月亮和系外行星上的生命是什么样子同样困难。这些问题并不新鲜。在19世纪中叶，自然主义者辩论一个名叫曙动物的奇怪实体是否是第一个生命形式；20世纪中叶的地理生物学家为研究新領域设定了指导方针，他们热烈辩论如何区分真实的化石和石头中逼真的印记；今天，地球生物学家的工作也有助于我们思考如何识别其他星球上的生命。
19世纪中期的一系列地质发现虽然鲜为人知，但首次表明了古生物的历史可能更长，远至地球的远古时期，甚至到生命的起源本身。在1858年，寒武系地层下面的岩石并不被称为前寒武纪，而是“无生代”，因为没有人相信那里能找到生命。然而就在同一年，加拿大地质调查局的一位收藏家在劳伦系地层中发现了一种酷似石灰岩的生物。威廉·道森曾经师从查尔斯·莱尔，后来担任位于加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学的校长，他对岩石进行了检查分析，说：“特殊的叠层形式，由石灰和蛇纹石碳酸盐交替组成，或由石灰和白色辉石碳酸盐组成。”在《物种起源》（1859年）中，查尔斯·达尔文指出（现在被称为“达尔文的困境”），如果他的自然选择论正确的话，那么化石记录应该显示有机体在最低志留纪阶层沉积之前。《物种起源》出版之后，关于原始化石存在的科学争论出现了波动。然而，找到化石很困难——如果说达尔文的观点正确，那么这些化石在哪里？
道森是一位反达尔文主义者，但他认识到他看到的无疑是有机的模式——他相信那是巨型有孔虫的骨骼遗骸（生长着坚硬外壳的单细胞有机体）。在论证这块岩石具有真正的有机成因的时候，道森专注于他所谓的化石的“美丽和复杂性”。他注意到，要是只靠纯粹的物理化学手段，他确定的一系列微管都不可能形成。1865年，他站在蒙特利尔自然历史学会前，命名该有机体为“加拿大的曙动物”，认为该有机体是地球上所有生命的祖先。
道森让曙动物在反对自然选择论的运动中为自己辩解，因为千年以来它一直没有改变。在《地球生命的黎明》（1875）中他这样写道：
我是加拿大曙动物……我发现自己生长在海底，不知道是什么时候来的。我成长和繁荣了许多年，没有什么阻碍我的发展，丰富的食物总是向我漂来，我不用去寻找吃的。
曙动物是一个可塑性的发现。如果你是19世纪60年代的地质学家或博物学家，无论你是否相信曙动物的存在，将它提出来进行辩论是有益的事。如果曙动物是一个乌尔动物，那么它也许就是达尔文在化石记录中注意到的第一个缺环。或者，如果在曙动物和第二类古老化石之间只有千年的沉默，那么它可能是反对自然选择的证据：也许生物保持相同或者多次出现，但从未进化。
怀疑论者声称，化石仅仅是一种“ 假晶”，似乎活着，但并非如此令道森非常失望的是，1866年达尔文对曙动物的辩论做出回应，赞同他的观点。达尔文在《物种起源》第四版增加了这样的话：“在阅读了对这个非凡化石的描述之后，不可能对其有机性质产生任何怀疑。”
然而，曙动物怀疑论者声称化石仅仅是一种“假晶”，似乎活着，实际上并非如此。他们认为它是对生命的“模仿”，或者说是生命的“痕迹”，但其形式很规则，非有机，简直不可思议。尽管看上去美丽而又复杂，曙动物之说的人气依然在19世纪后半期渐渐式微。1888年，《美国地质学家》杂志向14位著名的地质学家进行了调查，请教他们加拿大曙动物是否具有有机物属性， 结果只有3人肯定，其中包括道森（他给化石命了名）和查尔斯·杜利特尔·沃尔科特（1914年，他发现了伯吉斯页岩中寒武纪生命大爆发的记录）。有关曙动物的争论开始销声匿迹。1894年，曙动物之谜被揭开：它只不过是一块石头，即石灰石上面点缀了一点蛇纹石。
在接下来的半个世纪里，很少有科学家研究前寒武纪化石。然后，到了1953年，威斯康星大学的矿物学家斯坦利·泰勒发现了燧石铁。他在苏必利尔湖钓鳟鱼的时候，从船上看到一块露出水面的厚厚的叠层石——巨大的微生物化石礁。在显微镜下，泰勒还发现了嵌入燧石中的微小的逼真的形体，用他的话说，就是“给前寒武纪变质的面纱打开了一个窗口”。泰勒及其同事、哈佛大学的古植物学家艾尔索·巴霍恩共同确定了19亿年前的球状体和细丝状体已经化石化。1954年，他们在《科学》杂志上用简短的文字宣布他们发现了前寒武纪蓝细菌。1965年，古生物学家普莱斯顿·克劳德独立验证了泰勒和巴霍恩的发现，从而使人们不再担心这些化石可能是非活力过程产生的。他宣布，这是“有记录的最古老结构，与特定的生物体非常相似”。地质学界首次普遍认可了前寒武纪化石的存在，推出了现代地球生物学。
随后就出现了前寒武纪热。1965年，巴霍恩的研究生威廉·比尔·邵普夫在澳大利亚苦泉组发现了8亿年前的微化石；20世纪70年代，巴霍恩及其另一位研究生安德鲁·诺尔在澳大利亚发现了34亿年前的化石细菌。突然之间，我们在脚下发现了保存完好的古代生命。如果说在19世纪生命的形式显得复杂，那么到了20世纪70年代，科学家发现的最初的生命形式却非常简单。化石中的微生物往往是球体或细丝，而气泡、晶体和其他无机物工艺品很容易模仿，所以就潜伏着关于生命形态的一场争论。
1979年，在西澳大利亚，前寒武纪古生物学研究组的成员开始对北极附近的瓦拉沃纳化石群（现在很著名）进行实地考察。1980年，他们在《自然》杂志上发表了他们在那里发现的太古代叠层石——这是当时已知最古老的化石，年龄超过5亿年。这篇文章最初计划在《科学》杂志刊登，但在文章刊登之前的几周，领衔地球生物学的斯坦利·奥拉米克联系了前寒武纪古生物学研究组，说他在相同的岩石中发现了微小的有机纤维和球状体。奥拉米克写了好几篇文章，宣布他发现的实际上是地球上最古老的已知生命标志。研究过北极地区化石并且在最初与其合著论文的罗杰·别克仍然对这些最古老的生命形式持怀疑态度，他从出版物中撤回了自己的名字。这样一来，《科学》杂志便拒绝公布调查结果，后来才发表到其他杂志，随后是别克一系列的诅咒和驳斥。他问：“物体形态复杂到什么程度，可以肯定此物体是微生物遗迹？”别克总结说：“在太古代岩石中从未发现过普遍公认的微化石。”
前寒武纪古生物学研究组的创始人邵普夫立即报告称，瓦拉沃纳化石具有可疑来源，提出了位点特异性和可复制性的问题。幸运的是，邵普夫自己恰好有瓦拉沃纳化石。他声称，这些微化石确证，微生物生命不仅早在34.6亿年前就已开始，而且是光合作用的产物，这比光合作用下微生物的下一个古老证据还要早整整10亿年。在1986年至1993年的一系列论文中，邵普夫发表了他的证据。 长达数十年的争议迫使地球生物学家重新思考他们如何评估古岩石中的生命形式
邵普夫的研究并没能说服每个人，尤其是牛津大学的地质学家马丁·布拉西尔。布拉西尔报告说，邵普夫1987年派他的研究生波妮·派克去了瓦拉沃纳，他还发表了一篇声明，证明在派克考察回来之前就已发现了最古老的微化石，当时她还没有对采样进行评估。派克在实验室对样品进行检查之后，开始产生怀疑，选择不参与进一步的研究，可是当时这已经是著名的邵普夫“顶点燧石”化石了。
邵普夫的顶点燧石化石成为寻找太古代生命的地球生物学家收集的每件疑似化石的典型。正如亨利·吉后来在《自然》杂志上描述的那样：“很难说得清细菌（特别是化石细菌）和气泡之间有什么区别。”理查德·克尔在《科学》杂志中提出了一个类似的问题：这些是最早的生命迹象，还是形状怪异的杂物？布拉西尔将这个问题视为一种推论：对研究早期生命的许多地理生物学家而言，如果看起来像蓝细菌……那么最简约的解释就是它是一种蓝细菌。然而，形态的相似性，或者拿古代的生命与现在的生命进行比较，已经远远不够了——栩栩如生的疑似化石往往不是无机模式。
布拉西尔引用科学哲学家卡尔·波普尔的话，为确定化石中的生命提供了最保守的标准：“非常古老的/外来的微化石样结构，除非可验证它们属于非生物体且可以推翻生物起源说，否则不应否认其生物起源。”不太保守的地球生物学家指出，这样一个标准不仅会抹杀所有太古化石，而且如果应用到时间更近的化石中，也会使这些化石受到质疑。任何化石都不可能被完全证明曾经具有生命。科学研究取决于可证伪性，具有讽刺意味的是，布拉西尔的标准没有坚持这个原则。作为一种回应，诺尔用更易处理的“诺尔假说”反驳了布拉西尔的“零假设”：良好的生命标志是难以通过无机过程完成的，但不是没有这种可能性。
顶点燧石争议为地球生物学家澄清了地球上早期生命的局限性，帮助他们形成了一系列严格的策略，用于证明化石可能印证地球上的早期生命或其他星球上的生命。虽然大多數地质学家现在已经否定了顶点微化石之说，但是在大卫·瓦西确认顶点燧石为“非微化石，仅仅是偶然排列的碳斑点”之后，驳斥顶点燧石说的论文仍然继续发表。当顶点燧石从一个疑似化石沦为伪化石之后，几十年的来源争论迫使地球生物学家重新考虑他们应该如何评估古代岩石中的生命形式。
近几年来，地球生物学家已经疏远了被视为古代生命良好指标的形态学。在我们今天看来，很多古老的东西都很像我们期望看到的古代生命的样子，其形式、复杂性或简单性都是如此。如果“美”和“复杂”曾经成为生命的标记，而后来的地球生物学家寻找的是最简单形式的早期生命，那么这是不够的。在寻找古代生命时，任何东西都不能够从视觉上区分其生命与非生命。简而言之，寻找古代生命不再是寻找古代生命形式。
地球生物学家现在将注意力集中在生物学、地质学和矿物学背景上，例如岩石岩化的周围古环境、石化过程中的退化迹象，以及分析生物化学和化学生物标记。借用地质学家约翰·埃勒的话来说，他们希望采用这样的标准来更有效地区分“最古老的化石”与“仅仅是另一种岩石”。随着地球生物学家与地球化学家、地质年代学家、地层学家和地磁学家越来越多的联合，这种多样化和严格的非形态学标准能够得到协调运用。
困扰古微生物学研究的这个问题现在延伸到了天体生物学，即我们星球之外的生命。简而言之，如果地球生物学家无法确定地球的生命是什么样子的话，那么他们研究外星生命有什么机会呢？举个具有讽刺意味的例子：邵普夫继续拥护他的顶点燧石说，然而，在1996年8月美国航空航天局召开的新闻发布会上，他却用自己的疑似化石观点，使大家怀疑火星陨石ALH84001的生命起源特性。 当问及生命来自哪里时，我们是在问哪些品质定义了生命的轮廓
“我会告诉你这个星球上最古老的生命迹象，”他在新闻发布会上说，并且展示了1993年顶点燧石微化石的显微图像，“这些显然都是细胞……这些显然都是化石。”他坚称，地球生物学家开发的测试顶点燧石疑似化石的标准必须应用于所有的外星疑似化石，而这种陨石没有通过他的测试。正如吉后来概括的那样：“这是认为极端时空中存在生命这一问题的实质。”无论是在19世纪60年代，还是20世纪60年代或者今天，在这里或其他什么地方，化石生命和非生命都没有明确的界线。
生命是什么或不是什么，它像什么或不像什么，什么时候出现或怎样出现（或者它出现的频率有多高），是研究人员始终要提的问题。无论是理论探讨还是具体的学科研究，如自然选择、古生物猜想，以及生命是否应理解为物质、过程或自组装。当我们问及生命从哪里来，生命看起来像什么时，我们是在问哪些特质定义了生命的轮廓：模式或结构、简单性或复杂性、形式或信息、新陈代谢或繁殖。这意味着生命是一个概念：它具有意义和表义的力量，它载有历史的包袱、哲学的期望和科学的框架。但是，说生命需要辩论肯定不会打击那些寻求生命并且有时偶然发现生命千姿百态的科学家。相反，这意味着我们的生命理论非常生动。
火星2020任务将收集新的岩石，并可能激起疑似外星生命化石說的再次争论。我们还不知道这些化石会是什么奇妙的形式，但历史证明许多火星人的说法都值得怀疑。
