集成拉曼一體化顯微鏡助力探索：生命起源比普遍認(rèn)知早3億年！

由“地大學(xué)者”領(lǐng)軍人才多米尼克·帕皮諾（Dominic Papineau）、佘振兵教授和馬特·多德（Matthew Dodd）博士后聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)，借助集成拉曼一體化顯微鏡等先進(jìn)設(shè)備，取得的一項(xiàng)最新研究結(jié)果表明：至少在37.5億年前，地球上就已經(jīng)存在多樣化的微生物生命活動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)地球生命起源時(shí)間的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)提出了挑戰(zhàn)，相關(guān)成果已在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表。

該團(tuán)隊(duì)深入分析了來自加拿大魁北克省的一塊拳頭大小的巖石，其年齡約為37.5至42.8億年前。此前，在《自然》（Nature）雜志的一篇論文中，該團(tuán)隊(duì)曾報(bào)道了該巖石樣品中發(fā)現(xiàn)的微米級(jí)絲狀、螺旋狀和管狀結(jié)構(gòu)，并推測(cè)它們?yōu)榧?xì)菌化石。然而，這一發(fā)現(xiàn)比人們普遍認(rèn)知的生命起源時(shí)間提前了大約三億年，因此在科學(xué)界引發(fā)了廣泛討論。

圖1新發(fā)現(xiàn)的NSB樹枝狀化石（>37.5億年）與局部放大圖

在對(duì)這些巖石進(jìn)行了更全面深入的分析之后，研究人員新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更大更復(fù)雜的“樹枝”狀結(jié)構(gòu)——近1厘米長(zhǎng)的主干莖和單側(cè)生長(zhǎng)的平行管狀分枝，以及共生的大量橢球體（圖1）。由于目前還沒有發(fā)現(xiàn)任何非生物的純化學(xué)過程能產(chǎn)生類似的結(jié)構(gòu)，這個(gè)“樹枝”狀結(jié)構(gòu)最有可能是由古老細(xì)菌形成的微生物群落。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)樣品中保留了一些被礦化的生物化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物，表明這些古老微生物可能以鐵、硫、二氧化碳和光能為生，進(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用。

論文第一作者多米尼克·帕皮諾說，“我們的研究結(jié)果表明，在37.5億年到42.8億年前，地球上就已經(jīng)存在著多種多樣的微生物生命。這意味著生命可能在地球形成后僅三億年就開始出現(xiàn)了，從地質(zhì)學(xué)的角度來分析，生命的出現(xiàn)是非常迅速的，時(shí)間約等同于太陽繞銀河系旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間?！?/span>

“這些發(fā)現(xiàn)對(duì)地外生命出現(xiàn)的可能性有重要啟示。如果在合適的外界環(huán)境條件下，生命可以在地球上很快地出現(xiàn)，那么其他行星上演化出生命的幾率就會(huì)大大增加?！眳⑴c這項(xiàng)研究的佘振兵教授指出，“證明這種古老生命存在的主要證據(jù)之一來自于樣品的光譜分析，它們是揭示礦物中生命化學(xué)信息的‘指紋’?！?/span>

“運(yùn)用光譜成像分析，我們就能夠看到樣品中各種化合物的空間分布情況。如果在礦物中發(fā)現(xiàn)了碳和磷的化合物，表明這些礦物可能是早期生物經(jīng)過降解后殘留下來的產(chǎn)物”。

圖2 加拿大魁北克NSB表殼巖野外景觀（上圖）、產(chǎn)化石的含鐵巖石（左下）及其切片（右下）

這項(xiàng)研究的樣品來自于加拿大魁北克省Nuvvuagittuq 表殼巖帶（NSB）（圖2）。該地區(qū)含有地球上已知的最古老的沉積巖，在海底熱液系統(tǒng)附近，由巖漿加熱產(chǎn)生的富鐵海水通過海底裂隙上升，沉積后形成這些含鐵的巖石。研究人員將巖石切成大約A4紙厚度（100微米）的切片（圖2），以便用光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀和電子顯微鏡來觀察微小的化石結(jié)構(gòu)。

（該研究使用了TESCAN集成拉曼一體化顯微鏡 掃描圖像）

參與這項(xiàng)研究的高校和研究機(jī)構(gòu)包括：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）、倫敦納米技術(shù)中心（LCN）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)、卡內(nèi)基研究所和利茲大學(xué)等。

該研究得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)創(chuàng)新引智基地（111計(jì)劃）、倫敦大學(xué)學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和加拿大卡內(nèi)基研究所的支持。（編輯 程曉龍 審稿 陳華文）

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2296