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《科学进展》:发现37.5亿年前地球生命活动多样性的证据

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热度106票 浏览75次 时间:2022年4月16日 10:40
《科学进展》:发现37.5亿年前地球生命活动多样性的证据

新发现的NSB树枝状化石(>37.5亿年)与局部放大图

《科学进展》:发现37.5亿年前地球生命活动多样性的证据

加拿大魁北克NSB表壳岩野外景观(上图)、产化石的含铁岩石(左下)及其切片(右下)

《科学进展》:发现37.5亿年前地球生命活动多样性的证据

化石结构的聚焦离子束—扫描电子显微镜图像

(化石网报道)据地大新闻网(通讯员 肖展 康国秀):近日,由中国地质大学(武汉)“地大学者”领军人才多米尼克·帕皮诺(Dominic Papineau)、佘振兵教授和马特·多德(Matthew Dodd)博士后联合多家研究机构取得的一项最新研究结果表明:至少在37.5亿年前,地球上就已经存在多样化的微生物生命活动。该研究对地球生命起源时间的传统认识提出了挑战,相关成果在《科学进展》(Science Advances)上发表。

该团队分析了来自加拿大魁北克省的一块拳头大小的岩石,其年龄约为37.5至42.8亿年前。之前发表在《自然》(Nature)杂志的一篇论文中,该团队研究人员报道了该岩石样品中发现的微米级丝状、螺旋状和管状结构,并推测它们为细菌化石。然而,由于该发现比人们普遍认知生命起源时间提前了大约三亿年,因此在科学界引起了很大争议。

在对这些岩石进行了更全面深入的分析之后,研究人员新发现了一个更大更复杂的“树枝”状结构——近1厘米长的主干茎和单侧生长的平行管状分枝,以及共生的大量椭球体(图1)。由于目前还没有发现任何非生物的纯化学过程能产生类似的结构,这个“树枝”状结构最有可能是由古老细菌形成的微生物群落。同时,研究人员发现样品中保留了一些被矿化的生物化学反应副产物,表明这些古老微生物可能以铁、硫、二氧化碳和光能为生,进行不产氧的光合作用。

论文第一作者多米尼克·帕皮诺说,“我们的研究结果表明,在37.5亿年到42.8亿年前,地球上就已经存在着多种多样的微生物生命。这意味着生命可能在地球形成后仅三亿年就开始出现了,从地质学的角度来分析,生命的出现是非常迅速的,时间约等同于太阳绕银河系旋转一圈的时间。”

“这些发现对地外生命出现的可能性有重要启示。如果在合适的外界环境条件下,生命可以在地球上很快地出现,那么其他行星上演化出生命的几率就会大大增加。”参与这项研究的佘振兵教授指出,“证明这种古老生命存在的主要证据之一来自于样品的光谱分析,它们是揭示矿物中生命化学信息的‘指纹’。”

“运用光谱成像分析,我们就能够看到样品中各种化合物的空间分布情况。如果在矿物中发现了碳和磷的化合物,表明这些矿物可能是早期生物经过降解后残留下来的产物”。

这项研究的样品来自于加拿大魁北克省Nuvvuagittuq 表壳岩带(NSB)(图2)。该地区含有地球上已知的最古老的沉积岩,在海底热液系统附近,由岩浆加热产生的富铁海水通过海底裂隙上升,沉积后形成这些含铁的岩石。研究人员将岩石切成大约A4纸厚度(100微米)的切片(图2),以便用光学显微镜、拉曼光谱仪和电子显微镜来观察微小的化石结构。

此外,研究团队还使用显微CT、聚焦离子束—扫描电子显微镜系统对样品内部进行逐层高分辨率成像,并用一台超级计算机3D数字重建(图3)。通过上述分析,研究人员确认了NSB赤铁矿丝状体具有现代铁代谢微生物的特征,尤其是与现代海底热液喷口系统中的铁细菌很相似。

参与这项研究的高校和研究机构包括:中国地质大学(武汉)、伦敦大学学院(UCL)、伦敦纳米技术中心(LCN)、美国地质调查局、加拿大纽芬兰纪念大学、卡内基研究所和利兹大学等。

该研究得到了中国地质大学(武汉)、国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项、生物地质与环境地质创新引智基地(111计划)、伦敦大学学院、卡内基梅隆大学和加拿大卡内基研究所的支持。(编辑 程晓龙 审稿 陈华文)


相关报道:地球生命可能起源自42.8亿年前,比已知更早

(化石网报道)据中国科学报(冯丽妃 程晓龙 肖展 庞伟红):你见过以吃铁、硫、二氧化碳和红外光为生的生命吗?近日,由中国地质大学(武汉)的科学家联合多家研究机构取得的一项最新研究结果表明:早在42.8亿年前,地球上就已经存在这样的微生物生命活动。相较于之前证实的34.5亿年,它使地球生命起源时间至少提前3亿年。该研究对地球生命起源时间的传统认识提出了挑战,相关结果近日发表于《科学进展》。

研究团队分析了来自加拿大魁北克省的一块拳头大小的岩石,之前的研究已经通过同位素定年方法,判断其年龄约至少为37.5亿年前,最老可达42.8亿年前。在对这些岩石进行了更全面深入的分析之后,研究人员新发现了一个更大更复杂的“树枝”状结构——近1厘米长的主干茎和单侧生长的平行管状分枝,以及共生的大量椭球体。

由于目前还没有发现任何非生物的纯化学过程能产生类似的结构,这个“树枝”状结构最有可能是由古老细菌形成的微生物群落。同时,研究人员发现样品中保留了一些被矿化的生物化学反应副产物,表明这些不同类型的古老微生物可能以铁、硫、二氧化碳和海底的红外辐射能量为生,进行不产氧的光合作用。

论文第一作者、地大博士后多米尼克·帕皮诺说,“在37.5亿年到42.8亿年前,地球上就已经存在着多种多样的微生物生命。这意味着生命可能在地球形成后仅三亿年就开始出现了,从地质学的角度来分析,生命的出现是非常迅速的,时间约等同于太阳绕银河系旋转一圈的时间。”

“这些发现对外星生命出现的可能性有重要启示。如果在合适的外界环境条件下,生命可以在地球上很快地出现,这将增加其他行星上存在生命的可能性。”该研究共同作者、地大教授佘振兵说。佘振兵、博士后马特·多德、“地大学者”领军人才多米尼克·帕皮诺共同参与这项研究。

证明这种古老生命存在的主要证据之一来自于样品的光谱分析,它们是揭示矿物中生命化学信息的‘指纹’。“运用光谱成像分析,我们就能够看到样品中各种化合物的空间分布情况。如果在矿物中发现了碳和磷的化合物,表明这些矿物可能是早期生物经过降解后残留下来的产物”。佘振兵表示。

这项研究的样品来自于魁北克省努瓦瓦吉图克表壳岩带,是帕皮诺2008年在一次野外科考中采集的。该地区含有地球上已知的最古老的沉积岩,在海底热液系统附近,由岩浆加热产生的富铁海水通过海底裂隙上升,沉积后形成这些含铁的岩石。研究人员将岩石切成大约100微米的切片,以便用光学显微镜、拉曼光谱仪和电子显微镜来观察微小的化石结构。

此外,研究团队还使用显微CT、聚焦离子束—扫描电子显微镜系统对样品内部进行逐层高分辨率成像,并用一台超级计算机3D数字重建。通过上述分析,研究人员确认了NSB赤铁矿丝状体具有现代铁代谢微生物的特征,尤其是与现代海底热液喷口系统中的铁细菌很相似。
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