地大新聞網訊（通訊員 肖展 康國秀）近日，由我校“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。
圖1 新發現的NSB樹枝狀化石（>37.5億年）與局部放大圖
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”。
圖2 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）
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。
圖3 化石結構的聚焦離子束—掃描電子顯微鏡圖像
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
鄂公網安備 42011102004169號
