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这块迄今最古老的化石,也许能告诉我们生命形成的最早时间

保存图片 2017-03-08 13:50:08    好奇心日报  参与评论()人
这块迄今最古老的化石,也许能告诉我们生命形成的最早时间
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碧玉岩呈红色,当中含有氧化铁。右上角的深绿色火山岩则代表深海热泉喷口的沉淀物。加拿大努瓦吉图克。来自:Matthew Dodd
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化石是古生物在岩石中的留影,对早期居民的忠实记录使我们得以一窥远古的世界。最近《自然》杂志上发表的一篇论文报道了一块化石,记录了地球刚刚形成的时期,最早诞生的生命形式。

这块在加拿大魁北克发现的化石至少已存在38亿年,依据检测技术的不同,甚至可能是43亿年。而地球诞生至今46亿年,意味着很早就有生命在这里定居,早到那时火星上都还有湖光粼粼。

历经漫长的地质演化和板块运动,很少有岩石能在地球表面驻留超过30亿年,遑论将生命迹象保存其中。科学家们研究零星的几处岩石,寻找早期生命的遗迹。

这次发现的化石在火山岩环绕的碧玉岩当中,可能是当时的深海热泉附近。深海热泉是一种神秘的生态系统,类似海底的高温温泉,那里没有阳光,温度很高,弥漫着硫化铁一类的金属矿物质,环境相当恶劣。科学家认为这是最早的宜居环境之一,最早的无机分子在地热等能量触发下生成核酸等有机物。

伦敦大学学院的地球化学家 Dominic Papineau 和他的博士生 Matthew Dodd 找到了明确的证据。他们分析了来自加拿大北部努瓦吉图克绿岩带的碧玉岩,将岩石切成薄片,抛光,于显微镜下观察,发现了微小细丝和管状结构。它们长半毫米,粗细只有人类头发的一半,有些散布,有些分支,连接处则有氧化铁。

这是化石的常见特征,可能由原始的细菌形成。这种古细菌把二价铁氧化为三价铁,并获取其中的能量。微生物死亡后,水中的矿物质在遗骸中沉积,岩石代替了细胞,经历埋藏、加热、挤压和抬高,经受风化、侵蚀、潜没和变形,成为如今北美的一部分。

起初,Papineau对此持怀疑的态度。但之后Dodd找到了进一步的证据:他们用拉曼光谱分析了化学结构,发现了碳酸盐“玫瑰花”图案和石墨颗粒。这种结构此前在相近年代的岩石中已有发现,但不确定是否为生物来源。

玫瑰花结构可以通过一系列非生物反应形成,但Papineau说,这次的结构中包含磷灰石,这强烈地暗示微生物的存在,因为磷灰石所含的钙和磷都是生命体的构造成分。而石墨颗粒可能是细菌中化学反应链的一部分,而且其中碳-13同位素的含量与非生物矿物中的比例有着明显差异。

综合这些推测,这块目前已知最古老的化石,指向深海热泉可能是地球生命的起源。这并不会排除生命起源于其他地方的可能,Papineau说“它们不一定互斥,如果我们准备好接受早期生命的多样性的话”。

也有人认为这些论据并不充分。比如加拿大阿尔伯塔大学的地球微生物学家 Kurt Konhauser 就表示怀疑,认为没有明确的证据证明这是生物结构,“如果氧化铁管结构是由铁细菌形成,那它们将需要氧气”,氧气如何深入海底则并不明确。

之前发现的最早化石记录,证据充分的是在澳大利亚发现的34亿年的浅海微生物化石,它们吞噬硫化物并产生氧气。新发现将这个纪录提前了3亿年——要知道,过去的3亿年中,地球就经历了三次大灭绝,恐龙的崛起与消亡,和人类的诞生。半年前,也是《自然》杂志上的报道,格陵兰发掘出了一块37亿年的叠层化石,但论据同样并不充分。

如果有更完善的证据证明微生物于40亿年时即存在,则说明地球历史早期就有着多样化的生命,更初级的生命形式诞生得更早,这表明只要条件适宜,生命的形成和发展可以相当迅速。

也就是说,这为外星生命的发现提供了可能,比如火星古代的汪洋,以及木卫二和土卫二冰层下的海中,可能就存在深海热泉。


关键词:化石