细菌化石带有最古老光合作用痕迹

细菌化石带有最古老光合作用痕迹。图片:自然(2024)。DOI: 10.1038/s41586-023-06896-7

（化石网cnfossil.com）据参考消息网（编译/朱捷）：美国《科学新闻》双周刊网站1月3日报道，来自澳大利亚的古代微小化石可能携带着一种强大力量的证据。这种强大力量就是通过光合作用制造氧气的能力。

报道称，这些细菌化石的历史可以追溯到17.3亿到17.8亿年前。它们充满了与大多数现代蓝细菌和植物中发生产氧光合作用相似的结构。研究人员1月3日在《自然》杂志上报告说，这种称为“类囊体膜”的结构是迄今为止发现的最古老的类囊体膜。这一发现将蓝细菌中类囊体存在的证据向前推进了12亿年。

蓝细菌的光合作用为地球大气层提供了氧气。加州理工学院的地质生物学家伍德沃德·菲舍尔说：“所以它们很重要。”他没有参与发现这些类囊体膜。他说：“原本我以为我们不可能从化石中获得这类信息。”

大多数化石都保存着矿化的组织，比如骨头或壳，但细菌不包含这样的矿物结构。菲舍尔说，这些化石只是压进泥里的“碳压缩物”。发现这些保存下来的细菌已经足够令人印象深刻了，但新化石还揭示了微观细菌内部的复杂结构。他说：“这意味着，未来我们或许能够从这些微小化石中了解更多信息，更多的细胞生物学和形态学细节。”

英国布里斯托尔大学的进化微生物学家帕特里西娅·桑切斯-巴拉卡尔多说，研究人员已经从遗传学和化学研究中获得了间接证据，它们显示，在这些变成化石的细菌还活着的时候，蓝细菌已经发展出了类囊体。尽管如此，有关这些结构究竟是什么时候演化出来的，人们仍存在激烈争论。桑切斯-巴拉卡尔多说，所以，看到这样古老的类囊体的化石证据令人兴奋。她说：“从那个时期得到的任何证据都很重要，因为化石记录真的非常罕见。”

一些研究人员认为，类囊体可能在大约24亿年前的“大氧化事件”之前就已经进化出来了。在该事件之前，大气中零星地存在一些氧气，但由于光合细菌的集中作用，地球上的氧气水平才大幅提高。蓝细菌内的大量类囊体可能使细菌的氧气产量倍增。

桑切斯-巴拉卡尔多说，在这些蓝细菌生存的时期，地球大气中的氧气含量再次下降到很低的水平，只有今天含量的一小部分。这些化石暗示，曾经可能存在一些富含氧气的较小区域，它们促进了动植物祖先的进化。

比利时列日大学的天体生物学家埃玛纽埃尔·雅沃说，许多可能藏有这些化石的岩石受到压缩和“烹煮”，从而破坏了像类囊体这样脆弱的细胞内结构。

她说：“我们不知道它们可以保存在如此古老的微化石中。”但她毫不怀疑，堆叠在微小的香肠状细胞中的暗线代表着类囊体。她说：“实际上，它不可能是别的东西。这种排列对具有类囊体的蓝细菌来说是非常独特的。”

雅沃和同事在澳大利亚页岩的微化石中发现了最古老的状似类囊体的结构。这些结构也出现在加拿大约有10亿年历史的化石中，但没有出现在刚果有10亿年历史的化石中。来自刚果的岩石经历了比其他岩石略高的温度，这可能破坏了类囊体的化石证据。或者，这些化石可能是从未进化出这种结构的蓝细菌，或者完全是另一种微生物。

雅沃说，研究人员无法通过这些化石判断澳大利亚和加拿大的蓝细菌是否是现存物种的直系祖先，但它们几乎肯定是表亲。该团队希望研究“大氧化事件”之前更古老的岩石，以寻找更古老的类囊体证据。