《科學進展》：發現37.5億年前地球生命活動多樣性的證據

2025-12-08 04:10:25 分類：百科 閱讀(65762)

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）、產化石的進展據含鐵巖石（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
（神秘的地球uux.cn報道）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）、發現佘振兵教授和馬特·多德（Matthew Dodd）博士后聯合多家研究機構取得的億年樣性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前地球生微生物生命活動。該研究對地球生命起源時間的命活傳統認識提出了挑戰，相關成果在《科學進展》（Science Advances）上發表。動多的證
該團隊分析了來自加拿大魁北克省的科學一塊拳頭大小的巖石，其年齡約為37.5至42.8億年前。進展據之前發表在《自然》（Nature）雜志的發現一篇論文中，該團隊研究人員報道了該巖石樣品中發現的億年樣性微米級絲狀、螺旋狀和管狀結構，前地球生并推測它們為細菌化石。命活然而，動多的證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，科學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?！?br>“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?！眳⑴c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’?！?br>“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
（神秘的地球uux.cn報道）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?！痹撗芯抗餐髡?、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’?！斑\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。