《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

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

化石结构的聚焦离子束—扫描电子显微镜图像
（神秘的地球uux.cn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）、发现佘振兵教授和马特·多德（Matthew Dodd）博士后联合多家研究机构取得的亿年样性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前地球生微生物生命活动。该研究对地球生命起源时间的命活传统认识提出了挑战，相关成果在《科学进展》（Science Advances）上发表。动多的证
该团队分析了来自加拿大魁北克省的科学一块拳头大小的岩石，其年龄约为37.5至42.8亿年前。进展据之前发表在《自然》（Nature）杂志的发现一篇论文中，该团队研究人员报道了该岩石样品中发现的亿年样性微米级丝状、螺旋状和管状结构，前地球生并推测它们为细菌化石。命活然而，动多的证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，科学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）
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2296
相关报道：地球生命可能起源自42.8亿年前，比已知更早
（神秘的地球uux.cn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。