在地球前40億年的時間裡，我們對地球表面的溫度知之甚少。這限制了對於地球上生命起源以及生命如何可能出現在外星世界的研究。在最近剛發表於《美國國家科學院院刊》的新研究中，通過重建古代酶，科學家可以估計這些生物體在幾十億年前的進化溫度。
主導該研究、加州大學洛杉磯分校的古生物學家Amanda Garcia指出，我們不僅需要更好地了解生命如何在地球上進化，而且也需要了解生命和地球環境如何在數十億年的地質歷史上共同進化。類似的共同進化也許放之宇宙而皆準，那些外星生命可能經歷了相似的過程。
巖石提供了許多線索，可以推斷出過去5.5億年中（顯生宙）的地球溫度，包括人類在內的複雜多細胞生物就是在此期間迅速繁衍。然而，很少有這樣的「古溫度計」存在於前寒武紀的早期——跨度從46億年前地球的形成到生命的出現。
此前的地質證據表明，35億年前，在太古宙期間，海洋的平均溫度為55攝氏度到85攝氏度。在數十億年後，海洋的平均溫度大幅冷卻至目前的15攝氏度。科學家通過檢測海洋巖石中的氧和矽同位素來做出這些估計。海底存在一種富含石英的巖石——黑矽石，當海水變得較冷時，黑矽石中的氧-18和矽-30同位素含量就會隨之增加。原則上，較重和較輕的氧、矽同位素的比率可以顯示出遠古時期的溫度。
然而，這樣的古溫度計並沒有充分考慮到這些巖石或海洋在數十億年的時間裡可能發生了怎樣的變化。也許隨著時間的推移，海水中的同位素豐度會隨著物理或化學變化而變化，例如來自陸地或海底熱泉的水流。
鑑於這種不確定性，Garcia率領的研究團隊尋求其他方法來測量前寒武紀的海水溫度——研究生物分子的行為。科學家檢測了核苷二磷酸激酶（NDK），它有助於控制DNA和RNA的結構基礎。這種酶在幾乎所有的生物體中均可見到，並且可能對許多已滅絕的生物也是至關重要的。先前的研究發現，蛋白穩定性的最佳溫度與生物體的生長之間存在相關性。
可追溯到37億年前的微生物礁
通過比較不同現代物種的NDK的分子序列，科學家可以重建可能存在於他們共同祖先的NDK的版本。通過合成這些重建的NDK，科學家可以通過實驗來測試這些「復活」的古老蛋白質，以找到穩定蛋白質的溫度，從而推斷出古生物的進化溫度。
結果發現，地球表面的溫度從30億年前的75攝氏度大幅冷卻至4.2億年前的35攝氏度。科學家表示，很難理解地球是如何經歷這樣一個顯著的冷卻過程。同時，這也讓科學家更加意識到，當研究生物隨時間的進化時，需要考慮到過去的地球環境與現在大為不同。