从古老岩石中解译生命活动密码——我院地球物质科学系科研团队发现37.5亿年前微生物群落化石

       （通讯员 康国秀，肖展，余淳梅）著名的哲学三问，我是谁？我从哪里来？要到哪里去？这些问题，哲学自身可能永远无法给出答案，如果哪天我们能找到答案，那给出回答的一定是科学。关于生命是如何起源的，自古以来，人们提出了许多种假说。目前普遍被认可接受的是化学起源说，它将生命的起源和早期演化分为了四个阶段：从无机小分子生成有机小分子，从有机小分子形成有机大分子，从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系，最后从多分子体系演变为原始生命。

地球生命起源与演化示意图（据NASA）

原始生命形成之后就开启了其演化历程，地球生命形式逐渐多样化。那么，最初的原始生命是何时形成的，生命形式的多样化又是在什么时候发生的呢？这些问题的答案，可能就保存在古老大陆地壳的岩石和矿物中。近日，我院地球物质科学系和生物地质与环境地质国家重点实验室的多米尼克·帕皮诺（Dominic Papineau）、佘振兵教授等组成的科研团队在《科学进展》（Science Advances）期刊发表的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微生物生命活动。

   该团队分析了来自加拿大魁北克省的一块拳头大小的含铁和硅的岩石，其年龄可以追溯到约37.5至42.8亿年前。这块岩石样品来自于加拿大魁北克省Nuvvuagittuq 表壳岩带（NSB），是目前已知地球上最古老的沉积岩之一。这些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、沉积形成。

NSB含铁沉积岩（灰色部分为磁铁矿，红色部分为含赤铁矿的硅质岩，英文中称Jasper）

研究人员将岩石样品进行切片，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，同时还使用显微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。另外，该团队还精确测定了样品中不同矿物的化学成分和同位素组成。

在对这些岩石进行了全面深入的分析之后，研究人员发现了复杂的“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。管状分枝和椭球体外壁的矿物成分主要为赤铁矿，被认为是铁细菌利用海水中的二氧化碳氧化海水中的二价铁而在其细胞外部沉淀形成。此外，样品中硫化物具有³⁴S富集的特征，与微生物歧化反应产生的硫同位素分馏一致。截止目前，具有类似形态和代谢机制的微生物群落在现代印度洋、太平洋海底热液喷口处已被广泛报道，但还没有发现任何非生物的纯化学过程能产生类似的结构、矿物组合和化学特征。

   基于上述证据，该团队提出，形成NSB化石的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来维持其生命活动。

NSB树状化石

论文第一作者多米尼克·帕皮诺表示，“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。这比之前普遍认为的最早生命活动迹象早了近3亿年”。

“既然在合适的外界环境条件下，生命可以在地球上很快地出现，那么其他类似地球的行星上演化出生命的几率就会大大增加。这对我们探索地外天体中是否存在生命，寻找并研究地外宜居星球，探索宇宙生命起源都具有重要的指导意义”，参与这项研究的佘振兵教授说。

参与这项研究的高校和研究机构包括：太阳集团网址首页登录（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。

该研究得到了太阳集团网址首页登录（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。

论文链接：Metabolically diverse primordial microbial communities in Earth’s oldest seafloor-hydrothermal jasper (science.org)