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《科學進展》:發現37.5億年前地球生命活動多樣性的證據
2022-04-16 10:40:58   來源:化石網   評論:0 點擊:

新發現的NSB樹枝狀化石(>37 5億年)與局部放大圖加拿大魁北克NSB表殼巖野外景觀(上圖)、產化石的含鐵巖石(左下)及其切片(右下)化石結構的聚焦離子束—掃描電子顯微鏡圖像(化石網整理)據地大新聞網(通訊

新發現的NSB樹枝狀化石(>37.5億年)與局部放大圖
 
 
加拿大魁北克NSB表殼巖野外景觀(上圖)、產化石的含鐵巖石(左下)及其切片(右下)
 
 
化石結構的聚焦離子束—掃描電子顯微鏡圖像
 
(化石網整理)據地大新聞網(通訊員 肖展 康國秀):近日,由中國地質大學(武漢)“地大學者”領軍人才多米尼克·帕皮諾(Dominic Papineau)、佘振兵教授和馬特·多德(Matthew Dodd)博士后聯合多家研究機構取得的一項最新研究結果表明:至少在37.5億年前,地球上就已經存在多樣化的微生物生命活動。該研究對地球生命起源時間的傳統認識提出了挑戰,相關成果在《科學進展》(Science Advances)上發表。
 
該團隊分析了來自加拿大魁北克省的一塊拳頭大小的巖石,其年齡約為37.5至42.8億年前。之前發表在《自然》(Nature)雜志的一篇論文中,該團隊研究人員報道了該巖石樣品中發現的微米級絲狀、螺旋狀和管狀結構,并推測它們為細菌化石。然而,由于該發現比人們普遍認知生命起源時間提前了大約三億年,因此在科學界引起了很大爭議。
 
在對這些巖石進行了更全面深入的分析之后,研究人員新發現了一個更大更復雜的“樹枝”狀結構——近1厘米長的主干莖和單側生長的平行管狀分枝,以及共生的大量橢球體(圖1)。由于目前還沒有發現任何非生物的純化學過程能產生類似的結構,這個“樹枝”狀結構最有可能是由古老細菌形成的微生物群落。同時,研究人員發現樣品中保留了一些被礦化的生物化學反應副產物,表明這些古老微生物可能以鐵、硫、二氧化碳和光能為生,進行不產氧的光合作用。
 
論文第一作者多米尼克·帕皮諾說,“我們的研究結果表明,在37.5億年到42.8億年前,地球上就已經存在著多種多樣的微生物生命。這意味著生命可能在地球形成后僅三億年就開始出現了,從地質學的角度來分析,生命的出現是非常迅速的,時間約等同于太陽繞銀河系旋轉一圈的時間。”
 
“這些發現對地外生命出現的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環境條件下,生命可以在地球上很快地出現,那么其他行星上演化出生命的幾率就會大大增加。”參與這項研究的佘振兵教授指出,“證明這種古老生命存在的主要證據之一來自于樣品的光譜分析,它們是揭示礦物中生命化學信息的‘指紋’。”
 
“運用光譜成像分析,我們就能夠看到樣品中各種化合物的空間分布情況。如果在礦物中發現了碳和磷的化合物,表明這些礦物可能是早期生物經過降解后殘留下來的產物”。
 
這項研究的樣品來自于加拿大魁北克省Nuvvuagittuq 表殼巖帶(NSB)(圖2)。該地區含有地球上已知的最古老的沉積巖,在海底熱液系統附近,由巖漿加熱產生的富鐵海水通過海底裂隙上升,沉積后形成這些含鐵的巖石。研究人員將巖石切成大約A4紙厚度(100微米)的切片(圖2),以便用光學顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結構。
 
此外,研究團隊還使用顯微CT、聚焦離子束—掃描電子顯微鏡系統對樣品內部進行逐層高分辨率成像,并用一臺超級計算機3D數字重建(圖3)。通過上述分析,研究人員確認了NSB赤鐵礦絲狀體具有現代鐵代謝微生物的特征,尤其是與現代海底熱液噴口系統中的鐵細菌很相似。
 
參與這項研究的高校和研究機構包括:中國地質大學(武漢)、倫敦大學學院(UCL)、倫敦納米技術中心(LCN)、美國地質調查局、加拿大紐芬蘭紀念大學、卡內基研究所和利茲大學等。
 
該研究得到了中國地質大學(武漢)、國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導科技專項、生物地質與環境地質創新引智基地(111計劃)、倫敦大學學院、卡內基梅隆大學和加拿大卡內基研究所的支持。(編輯 程曉龍 審稿 陳華文)
 
論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2296
 
相關報道:地球生命可能起源自42.8億年前,比已知更早
 
(化石網整理)據中國科學報(馮麗妃 程曉龍 肖展 龐偉紅):你見過以吃鐵、硫、二氧化碳和紅外光為生的生命嗎?近日,由中國地質大學(武漢)的科學家聯合多家研究機構取得的一項最新研究結果表明:早在42.8億年前,地球上就已經存在這樣的微生物生命活動。相較于之前證實的34.5億年,它使地球生命起源時間至少提前3億年。該研究對地球生命起源時間的傳統認識提出了挑戰,相關結果近日發表于《科學進展》。
 
研究團隊分析了來自加拿大魁北克省的一塊拳頭大小的巖石,之前的研究已經通過同位素定年方法,判斷其年齡約至少為37.5億年前,最老可達42.8億年前。在對這些巖石進行了更全面深入的分析之后,研究人員新發現了一個更大更復雜的“樹枝”狀結構——近1厘米長的主干莖和單側生長的平行管狀分枝,以及共生的大量橢球體。
 
由于目前還沒有發現任何非生物的純化學過程能產生類似的結構,這個“樹枝”狀結構最有可能是由古老細菌形成的微生物群落。同時,研究人員發現樣品中保留了一些被礦化的生物化學反應副產物,表明這些不同類型的古老微生物可能以鐵、硫、二氧化碳和海底的紅外輻射能量為生,進行不產氧的光合作用。
 
論文第一作者、地大博士后多米尼克·帕皮諾說,“在37.5億年到42.8億年前,地球上就已經存在著多種多樣的微生物生命。這意味著生命可能在地球形成后僅三億年就開始出現了,從地質學的角度來分析,生命的出現是非常迅速的,時間約等同于太陽繞銀河系旋轉一圈的時間。”
 
“這些發現對外星生命出現的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環境條件下,生命可以在地球上很快地出現,這將增加其他行星上存在生命的可能性。”該研究共同作者、地大教授佘振兵說。佘振兵、博士后馬特·多德、“地大學者”領軍人才多米尼克·帕皮諾共同參與這項研究。
 
證明這種古老生命存在的主要證據之一來自于樣品的光譜分析,它們是揭示礦物中生命化學信息的‘指紋’。“運用光譜成像分析,我們就能夠看到樣品中各種化合物的空間分布情況。如果在礦物中發現了碳和磷的化合物,表明這些礦物可能是早期生物經過降解后殘留下來的產物”。佘振兵表示。
 
這項研究的樣品來自于魁北克省努瓦瓦吉圖克表殼巖帶,是帕皮諾2008年在一次野外科考中采集的。該地區含有地球上已知的最古老的沉積巖,在海底熱液系統附近,由巖漿加熱產生的富鐵海水通過海底裂隙上升,沉積后形成這些含鐵的巖石。研究人員將巖石切成大約100微米的切片,以便用光學顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結構。
 
此外,研究團隊還使用顯微CT、聚焦離子束—掃描電子顯微鏡系統對樣品內部進行逐層高分辨率成像,并用一臺超級計算機3D數字重建。通過上述分析,研究人員確認了NSB赤鐵礦絲狀體具有現代鐵代謝微生物的特征,尤其是與現代海底熱液噴口系統中的鐵細菌很相似。

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