《科學(xué)進(jìn)展》：發(fā)現(xiàn)37.5億年前地球生命活動多樣性的證據(jù) _科學(xué)

新發(fā)現(xiàn)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(chǎn)化石的含鐵巖石（左下）及其切片（右下）

化石結(jié)構(gòu)的聚焦離子束—掃描電子顯微鏡圖像
（）據(jù)地大新聞網(wǎng)（通訊員肖展康國秀）：近日，由中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）“地大學(xué)者”領(lǐng)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(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)取得的一項(xiàng)最新研究結(jié)果表明：至少在37.5億年前，地球上就已經(jīng)存在多樣化的微生物生命活動。該研究對地球生命起源時(shí)間的傳統(tǒng)認(rèn)識提出了挑戰(zhàn)，相關(guān)成果在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表。
該團(tuán)隊(duì)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(fā)表在《自然》（Nature）雜志的一篇論文中，該團(tuán)隊(duì)研究人員報(bào)道了該巖石樣品中發(fā)現(xiàn)的微米級絲狀、螺旋狀和管狀結(jié)構(gòu) ，并推測它們?yōu)榧?xì)菌化石。然而，由于該發(fā)現(xiàn)比人們普遍認(rèn)知生命起源時(shí)間提前了大約三億年，因此在科學(xué)界引起了很大爭議。
在對這些巖石進(jìn)行了更全面深入的分析之后，研究人員新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更大更復(fù)雜的“樹枝”狀結(jié)構(gòu)——近1厘米長的主干莖和單側(cè)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(fā)現(xiàn)任何非生物的純化學(xué)過程能產(chǎn)生類似的結(jié)構(gòu)，這個(gè)“樹枝”狀結(jié)構(gòu)最有可能是由古老細(xì)菌形成的微生物群落。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)樣品中保留了一些被礦化的生物化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)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(jìn)行不產(chǎn)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(jié)果表明，在37.5億年到42.8億年前，地球上就已經(jīng)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(xiàn)了，從地質(zhì)學(xué)的角度來分析，生命的出現(xiàn)是非常迅速的，時(shí)間約等同于太陽繞銀河系旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間。”
“這些發(fā)現(xiàn)對地外生命出現(xiàn)的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環(huán)境條件下，生命可以在地球上很快地出現(xiàn)，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(xiàng)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(jù)之一來自于樣品的光譜分析，它們是揭示礦物中生命化學(xué)信息的‘指紋’ 。”
“運(yùn)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(fā)現(xiàn)了碳和磷的化合物，表明這些礦物可能是早期生物經(jīng)過降解后殘留下來的產(chǎn)物” 。
這項(xiàng)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(qū)含有地球上已知的最古老的沉積巖，在海底熱液系統(tǒng)附近，由巖漿加熱產(chǎn)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(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結(jié)構(gòu) 。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還使用顯微CT、聚焦離子束—掃描電子顯微鏡系統(tǒng)對樣品內(nèi)部進(jìn)行逐層高分辨率成像，并用一臺超級計(jì)算機(jī)3D數(shù)字重建（圖3）。通過上述分析，研究人員確認(rèn)了NSB赤鐵礦絲狀體具有現(xiàn)代鐵代謝微生物的特征，尤其是與現(xiàn)代海底熱液噴口系統(tǒng)中的鐵細(xì)菌很相似。
參與這項(xiàng)研究的高校和研究機(jī)構(gòu)包括：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）、倫敦納米技術(shù)中心（LCN）、美國地質(zhì)調(diào)查局、加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)、卡內(nèi)基研究所和利茲大學(xué)等。
該研究得到了中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)創(chuàng)新引智基地（111計(jì)劃）、倫敦大學(xué)學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和加拿大卡內(nèi)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(guān)報(bào)道：地球生命可能起源自42.8億年前，比已知更早
（）據(jù)中國科學(xué)報(bào)（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(zhì)大學(xué)（武漢）的科學(xué)家聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)取得的一項(xiàng)最新研究結(jié)果表明：早在42.8億年前，地球上就已經(jīng)存在這樣的微生物生命活動。相較于之前證實(shí)的34.5億年，它使地球生命起源時(shí)間至少提前3億年。該研究對地球生命起源時(shí)間的傳統(tǒng)認(rèn)識提出了挑戰(zhàn)，相關(guān)結(jié)果近日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
研究團(tuán)隊(duì)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(jīng)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(dá)42.8億年前。在對這些巖石進(jìn)行了更全面深入的分析之后，研究人員新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更大更復(fù)雜的“樹枝”狀結(jié)構(gòu)——近1厘米長的主干莖和單側(cè)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(fā)現(xiàn)任何非生物的純化學(xué)過程能產(chǎn)生類似的結(jié)構(gòu)，這個(gè)“樹枝”狀結(jié)構(gòu)最有可能是由古老細(xì)菌形成的微生物群落。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)樣品中保留了一些被礦化的生物化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)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(jìn)行不產(chǎn)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(jīng)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(xiàn)了，從地質(zhì)學(xué)的角度來分析，生命的出現(xiàn)是非常迅速的，時(shí)間約等同于太陽繞銀河系旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間。”
“這些發(fā)現(xiàn)對外星生命出現(xiàn)的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環(huán)境條件下，生命可以在地球上很快地出現(xiàn)，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(xué)者”領(lǐng)軍人才多米尼克·帕皮諾共同參與這項(xiàng)研究。
證明這種古老生命存在的主要證據(jù)之一來自于樣品的光譜分析，它們是揭示礦物中生命化學(xué)信息的‘指紋’ 。“運(yùn)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(fā)現(xiàn)了碳和磷的化合物，表明這些礦物可能是早期生物經(jīng)過降解后殘留下來的產(chǎn)物” 。佘振兵表示。
這項(xiàng)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(qū)含有地球上已知的最古老的沉積巖，在海底熱液系統(tǒng)附近，由巖漿加熱產(chǎn)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(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結(jié)構(gòu) 。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還使用顯微CT、聚焦離子束—掃描電子顯微鏡系統(tǒng)對樣品內(nèi)部進(jìn)行逐層高分辨率成像，并用一臺超級計(jì)算機(jī)3D數(shù)字重建。通過上述分析，研究人員確認(rèn)了NSB赤鐵礦絲狀體具有現(xiàn)代鐵代謝微生物的特征，尤其是與現(xiàn)代海底熱液噴口系統(tǒng)中的鐵細(xì)菌很相似。
相關(guān)報(bào)道：最新研究證實(shí)：地球生命起源時(shí)間至少提前3億年
（）據(jù)科技日報(bào)：采訪人員從中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）獲悉，該校“地大學(xué)者”領(lǐng)軍人才多米尼克·帕皮諾、佘振兵教授和馬特·多德博士后聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)取得的一項(xiàng)最新研究結(jié)果表明：在37.5億至42.8億年前，地球上已經(jīng)存在豐富多彩的微生物生命活動，相較之前證實(shí)的34.5億年，地球生命起源時(shí)間至少提前3億年。
日前，這項(xiàng)研究對地球生命起源時(shí)間的傳統(tǒng)認(rèn)識提出挑戰(zhàn) ，相關(guān)成果在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。
見過以吃鐵、硫、二氧化碳和紅外光為生的生命嗎？上述研究團(tuán)隊(duì)分析了來自加拿大魁北克省一塊拳頭大小巖石，之前研究已通過同位素定年方法，判斷其年齡至少為37.5億年前，最老可達(dá)42.8億年前。對這些巖石進(jìn)行更全面深入分析后，研究人員新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更大更復(fù)雜的“樹枝”狀結(jié)構(gòu)——近1厘米長的主干莖和單側(cè)生長的平行管狀分枝，及共生的大量橢球體。
據(jù)介紹，因目前還沒有發(fā)現(xiàn)任何非生物的純化學(xué)過程能產(chǎn)生類似結(jié)構(gòu)，這個(gè)“樹枝”狀結(jié)構(gòu)最有可能是由古老細(xì)菌形成的微生物群落。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)樣品中保留了一些被礦化的生物化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)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(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用。
該研究論文第一作者多米尼克·帕皮諾表示，在37.5億年到42.8億年前，地球上就已存在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(xiàn) ，從地質(zhì)學(xué)角度來分析，生命的出現(xiàn)非常迅速，時(shí)間約等同于太陽繞銀河系旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間。
“這些發(fā)現(xiàn)對外星生命出現(xiàn)的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環(huán)境條件下，生命可以在地球上很快地出現(xiàn)，這將增加其他行星上存在生命的可能性。”參與這項(xiàng)研究的佘振兵教授說。
證明這種古老生命存在的主要證據(jù)之一來自于樣品的光譜分析，它們是揭示礦物中生命化學(xué)信息的“指紋” 。
“運(yùn)用光譜成像分析，我們能夠看到樣品中各種化合物的空間分布情況。”佘振兵教授說，如果在礦物中發(fā)現(xiàn)了碳和磷的化合物，表明這些礦物可能是早期生物經(jīng)過降解后殘留下來的產(chǎn)物。
這項(xiàng)研究的樣品來自加拿大魁北克省努瓦瓦吉圖克表殼巖帶（NSB），由多米尼克·帕皮諾2008年在一次野外科考中采集。該地區(qū)含有地球上已知的最古老的沉積巖，在海底熱液系統(tǒng)附近，由巖漿加熱產(chǎn)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微米切片，以便用光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結(jié)構(gòu) 。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還使用顯微CT、聚焦離子束掃描電子顯微鏡系統(tǒng)對樣品內(nèi)部進(jìn)行逐層高分辨率成像，并用一臺超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行3D數(shù)字重建。通過上述分析，研究人員確認(rèn)了NSB赤鐵礦絲狀體具有現(xiàn)代鐵代謝微生物的特征，尤其是與現(xiàn)代海底熱液噴口系統(tǒng)中的鐵細(xì)菌很相似。

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