我校科研团队发现37.5亿年前生命活动多样性的证据

地大新闻网讯（通讯员 肖展 康国秀）近日，由我校“地大学者”领军人才多米尼克·帕皮诺（Dominic Papineau）、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。该研究对地球生命起源时间的传统认识提出了挑战，相关成果在《科学进展》（Science Advances）上发表。

该团队分析了来自加拿大魁北克省的一块拳头大小的岩石，其年龄约为37.5至42.8亿年前。之前发表在《自然》（Nature）杂志的一篇论文中，该团队研究人员报道了该岩石样品中发现的微米级丝状、螺旋状和管状结构，并推测它们为细菌化石。然而，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，因此在科学界引起了很大争议。

图1 新发现的NSB树枝状化石（>37.5亿年）与局部放大图

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”。

图2 加拿大魁北克NSB表壳岩野外景观（上图）、产化石的含铁岩石（左下）及其切片（右下）

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。

图3 化石结构的聚焦离子束—扫描电子显微镜图像

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）科技公司（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）科技公司（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