通过模拟地球十亿年的历史，研究人员确定了约43.3亿年前生命最早化学过程可能存在的一个窗口。
在地球诞生后的最初几亿年里，它是一个充满敌意的目标。小行星、彗星以及行星形成过程中残留的星子不断轰击这颗行星，产生强烈热量，足以对浅层地壳进行灭菌，并摧毁生命的化学前体。对于生物系统而言，其脆弱的分子需要长时间保持完整并相互作用才能扎根。研究人员尤其关注RNA世界——一个在DNA承担现代遗传角色之前的假定早期生物阶段——这种稳定性何时出现。由于RNA既能储存遗传信息，又能执行复制所需的部分化学工作，科学家认为它是早期生物系统的领先候选者。
撞击的双重角色：毁灭与创造
发表在《自然·通讯》上的一项三维计算机模型追踪了地球如何最终平静下来，足以支持这些脆弱分子。通过模拟45亿至35亿年前撞击如何加热地壳，研究人员发现频繁的全球性灭菌事件一直持续到约44亿年前。然而，威胁脆弱分子的同一类撞击也可能创造有利于生命前化学发展的环境。水流经炽热、破碎的岩石可以形成热液系统，将水、热和化学能源汇聚在一起。科学家长期以来认为这些环境可能是生命前反应的发生场所。研究人员考察了这种关系的两面，将模拟的地壳温度与RNA及其他重要分子的稳定极限进行比较，同时追踪热液环境的影响。
“我们采用了与以往研究不同的方法，以往研究基于地球化学建模、生物分子分析和早期大气化学模型，”该研究的共同负责人、行星科学研究所高级科学家Oleg Abramov说。
模型构建与关键发现
研究团队测试了不同估计值，以确定在模拟时期内有多少物质撞击地球。用于约束轰击的证据包括强亲铁元素，这些元素容易与铁结合。Abramov解释道：“我们构建了一个受月球撞击坑记录和上地幔强亲铁元素等可观测数据约束的撞击轰击模型。我们考察了撞击的有害效应，如温度诱导的关键生物分子降解，以及有利于生命的效应，如热液系统的产生。这些标准表明，地球在44亿至43亿年前变得适合早期生命阶段，最佳条件约在43.3亿年前。”
这一估计涉及的是适合生命起源相关化学的条件，而非确定生命实际开始的时间。模拟显示，约43亿年前，撞击产生的相互连通的热液系统群尤为丰富。这种活动与浅层地壳中更持久环境的出现相重叠，随着轰击减弱，分子可以在那里存活。
“生命前化学需要持续稳定的温度，而不仅仅是撞击之间短暂的冷却间隔，”Abramov说。“在约44亿年前之前，一个已经冷却到足以进行生命前化学的区域仍可能被后来的撞击再次加热，因此时钟不断重置。一旦从未被灭菌的体积出现，浅层地壳的部分区域从此保持在该温度阈值以下。”
这些“从未被灭菌”的区域随着撞击频率降低而扩大。到42.5亿年前，它们占模拟地壳体积的一半以上。
DOI: 10.1038/s41467-026-76978-3