古老岩石中的神秘细丝结构
地球上的生命是何时何地开始的？这是一个我们尚不知晓确切答案的问题，但科学家们已经知道的是，海底的一些热液系统为地球生命提供了最早的宜居条件。
加拿大魁北克省的努夫亚吉图克地表带（Nuvvuagittuq Supracrustal Belt，NSB）曾是一块海床，那里有着地球上已知的最古老沉积岩。NSB所包含的那些古老岩石，就是由被岩浆加热的富含铁的水通过海底热液系统附近的海底裂缝而形成的含铁沉积岩。
鲜红色的赤铁矿燧石（一种富铁和硅的岩石），含有管状和丝状的微体化石。它与右上方的代表着海底热液喷口的沉淀物的深绿色火山岩相接，被共同称为jasper（碧玉）。（图／Dominic Papineau）
2008年，地质学家Dominic Papineau从NSB收集到了这样的岩石，并对其展开了分析检测。在一篇于2017年发表在《自然》杂志的论文中，Papineau与他的同事报告了他们在这些岩石中发现了一些微米级的细丝、块状和管状结构，并推测这些结构似乎是由细菌形成的。
然而，这种结论随即引发了争论，并不是所有科学家都接受这种对NSB岩石中的细小结构的生物学解释。主要原因在于，如果这些结构是由细菌引起的，那么这些化石微生物至少有37.7亿年，甚至可能有42.8亿年的历史，这比我们通常认为的最早的古生命迹象还早了约3亿年。
现在，Papineau与同事在《科学进展》杂志上发表了一项最新的研究，他们通过对一块来自NSB的拳头大小的岩石进行更进一步的分析，发现在37.5亿至42.8亿年前，地球上就已经生存着许多不同类型的细菌。
微结构有着生物学起源
在新的研究中，通过采用各种显微镜对样本进行分析，研究人员发现了岩石中的一个更大、更复杂的结构——那是一个长达约1厘米，且有着平行管状分支的主干结构，在那些管状和细丝结构的周围，还伴有上百个不规则的椭球体。
由赤铁矿构成的厘米大小的梳状平行细丝，它们是地球上最古老的微体化石，曾生活在海底热液喷口附近，能够代谢铁、硫和二氧化碳。（图／Dominic Papineau）
研究人员认为，这些微观结构极有可能是一些有着生物学起源的微体化石。他们表示，虽然这些结构也仍有可能通过偶然的化学反应形成，但目前并没有发现在什么情况下能仅凭化学反应就能创造出这样的结构。
在实验过程中，为了仔细观察包裹在石英内的由赤铁矿组成的微小化石状结构，研究人员利用镶有金刚石的锯子将岩石切割成厚度如纸张一般（100微米）的薄片，这样的厚度比之前研究中所切割的薄片要厚上两倍多，因此能够让研究人员看到其中的更大的赤铁矿结构。
通过将这些微体化石的结构和组成与现如今位于海底热液喷口附近的更年轻的化石以及铁氧化细菌进行比较，他们发现这些微结构与一些更年轻的微体化石有相似之处。例如在夏威夷附近的Loihi海底火山，以及北冰洋和印度洋的其他火山口系统附近，他们找到了与扭曲的细丝、平行的分支结构和不规则的椭球体对应的现代版本。
此外，他们还找到了细菌如何以不同方式获取能量的证据。在这些岩石中，他们发现了一些被矿化的化学反应副产物，这与古老的以铁、硫、可能还有二氧化碳和光为生的微生物一致，这些微生物通过一种不涉及氧气的光合作用的形式生存。
除了使用各种先进的显微镜技术进行观测分析，他们还使用一台超级计算机对岩石的各个部分进行了数字重建，创建出了许多3D模型。通过这些3D模型，研究人员确认了赤铁矿细丝是呈波浪状和扭曲状的，并含有有机碳，这些都是与现代噬铁微生物共有的特征。
基于这些结果，研究人员得出结论认为，这种赤铁矿结构不可能是通过数十亿年的岩石挤压和加热（变质作用）形成的。与经历了更多变质作用的较粗石英相比，它们在受变质作用影响较小的细石英中的结构似乎保存得更好。
通过观察这些充满了化石的岩石中的稀土元素水平，研究人员发现它们与其他古老岩石标本中的稀土元素水平相当。这证实了海底沉积物与周围的火山岩一样古老，而不像一些科学家所认为的是更年轻的渗透物。
挑战生命起源的传统认知
这项研究对于我们理解自然发生、进化生物学和外太空生物学都具有重要意义。在这项研究之前，最古老的化石是在澳大利亚西部发现的，有着34.6亿年的历史，尽管一些科学家也质疑它们的化石本质，认为它们的起源与生物并没有关系。
现在，研究人员通过收集到的许多不同证据，推断出这些微生物的年龄在37.5亿至42.8亿年之间。这样的结果挑战了人们对于地球生命起源时间的传统认知，它意味着生命可能在地球形成仅3亿年之后就开始了。
#创作团队：
撰文：小雨
#参考来源：
https://www.ucl.ac.uk/news/2022/apr/diverse-life-forms-may-have-evolved-earlier-previously-thought
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2296
https://www.nature.com/articles/nature21377
#图片来源：
封面图 & 首图：Dominic Papineau