[小科普:随我看地球 - XVII]

中华新闻网 2022-05-05 20:37

中华新闻社多伦多电(记者 马淼)     伦敦大学学院(UCL)研究人员领导的一项新研究表明,至少在 42亿年前,地球上存在多种微生物生命,该研究挑战了关于生命从何时开始的传统观点。研究表明生命的出现可能比以前认为的年代更早。过去确认的最早微化石 - 最新重大发现:地球生命可能起源于42亿前
 
年龄大约为3.5-37亿年。伦敦大学学院研究小组研究了取自加拿大魁北克的一块拳头大小,年龄在3.75到42.8 亿年之间的岩石。研究成果发表在”科学进展”上。该研究小组在较早发表在”自然”杂志上的论文中报道了该岩石里似乎有细菌构筑的细丝、结节和管子。
 
 
厘米级大小的梳状分支和平行排列的菌丝,由红色赤铁矿组成,有些带有扭曲、管状和不同种类的赤铁矿类球体。这些东西曾经生活在海底热液喷口(Hydrothermal vent)附近,是地球上最古老的微化石。它们曾经代谢了铁、硫和二氧化碳。加拿大魁北克Nuvvuagittuq Supracrustal Belt上地壳带(NSB)。图片来源/Credit:Dominic Papineau。
 
然而,不是所有科学家都同意这种比过去对生命第一迹像的认识还要早3亿年的结构属于生物起源。现在,在对岩石进行进一步的广泛分析后,该团队发现了一个更大、更复杂的结构。在这个结构中可以辨别出平行分支的茎,在约一厘米见方的面积里存在数百个扭曲的球体或类椭球体,以及诸多生物管和菌丝。
 
研究人员说,虽然有些结构可以想象是通过偶然的化学反应产生的,但具有平行分支的“树状”茎很可能起源于生物,因为以未发现像它这样单独通过化学反应生成的结构。
 
 
赤铁质燧石(一种富含铁和二氧化硅的岩石)的层偏转(layer-deflecting)鲜红色结核,其中包含管状和丝状微化石。碧玉(jasper)与右上角的深绿色火山岩,代表的是海底热液喷口的沉淀物。加拿大魁北克Nuvvuagittuq上地壳带。比例尺为加拿大二十五分币。图源/Credit: Dr. Papineau。
 
研究人员表示,这些新发现表明,在地球形成3亿年后,原始地球上就可能已经存在多种微生物生命。
 
  
2017年发现的来自NSB热液喷口矿床的赤铁矿管。此图来源/Credit:伦敦大学学院的Matthew Dodd。http://www.sci-news.com/paleontology/
 
第一作者,Dominic Papineau博士(伦敦大学学院地球科学中心、伦敦大学学院伦敦纳米技术中心、行星科学中心和中国地质大学)说:“根据许多不同的证据,我们的研究强烈表明在3.75到42.8亿年前的地球上已经存在许多不同类型的细菌。”
 
“这意味着生命可能在地球形成后短短3亿年后就已经开始了。从地质学的角度来看,3亿年是很快的,大约就是太阳绕银河系旋转一圈。”
 
“这些发现对地外生命的可能性有影响。如果生命相对较快地出现,在适当的条件下,这会增加生命存在于其他行星上的机会。”
 
在这项研究中,研究人员检查了Papineau博士在2008年收集的魁北克Nuvvuagittuq 上地壳带(NSB)的岩石。NSB曾经是一片海底,含有一些地球上已知的最古老的沉积岩。NSB同时曾经位于一个热液喷口附近,海底的裂缝可以让那些被岩浆加热的富含铁的水通过而上涌到海底表面。
 
 
Dominic Papineau博士拿着的这块岩石样本,估计有42.8亿年的历史。 图源/Credit:伦敦大学学院/FILMBRIGHT。
 
研究小组将岩石标本切割成与纸一样薄(100微米)的薄片,以便仔细观察微小的类似化石的结构,这些结构由赤铁矿(一种氧化铁或铁锈)组成,并包裹在石英中。用钻石锯切割的岩石薄片比研究人员以前切割的薄片要厚两倍多,这样就能观察到其中更大的赤铁矿结构。
 
他们将这些结构和成分与最近的化石以及当今位于大洋热液喷口附近的铁氧化细菌和现代等同物进行了比较,例如,和在夏威夷附近的Loihi海底火山以及北极和印度洋的其他热液喷口系统附近发现的扭曲菌丝、平行分支结构和扭曲球体(不规则椭圆体)的现代等同物,发现它们极为相似。
 
除了在各种光学和拉曼显微镜(测量光的散射)下分析岩石标本外,研究团队还使用超级计算机对两种高分辨率成像技术的数千张图像进行数字化重建。第一种技术是显微 CT或显微断层扫描,使用X射线来观察岩石内部的赤铁矿。第二种是聚焦离子束,它可以”刮除”200纳米厚的岩石薄片,用集成电子显微镜在每个薄片之间拍摄图像。
 
这两种技术都可以生成出用于创建不同目标的3D模型的大量图像。然后,3D模型使研究人员能够确认赤铁矿细丝是波浪状和扭曲的,并且含有有机碳,这是现代食铁微生物所共有的特征。
 
通过分析,研究小组得出结论,赤铁矿结构不可能通过数十亿年对岩石(变质作用)的挤压和加热而形成,并指出这些结构和较粗的石英(经历了更多的变质作用)相比,似乎能更好地保存在更细的石英中(受变质作用的影响较小)。
 
研究人员还研究了富含化石的岩石中的稀土元素含量,发现它们与其他古代岩石标本的含量相同。这证实了海底沉积物与其周围的火山岩一样古老。
 
在此发现之前,先前报道的最古老的化石是在西澳大利亚发现的,其年代为34.6亿年,尽管一些科学家也对它们的化石地位提出了质疑,认为它们不是生物起源的。
 
最后, 由于本文中Papineau博士等用的标本是碧玉(Jasper),所以我想顺便在这里再简单科普一下什么是碧玉,以便大家对这个非常有用的碧玉有一个初步而更深的印象,并希望对大家有所帮助。碧玉在宝石分类中是一类半珍品宝石(Semi-precious gemstones),类似于玉髓(Chalcedony)和玛瑙(Agate)。她们也是石英矿物超级家族中的一员,主要由微晶石英组成。碧玉通常有很多斑点,所以又因”斑点石”(Spotted stones)而得名。碧玉的种类极多,但最常见的是海洋碧玉,由海洋海底深处的沉积物产生。这就是本文中的碧玉为什么会含有微生物的原因。
 
由于碧玉的广泛流行性,所以碧玉为人们广为熟悉。碧玉颜色繁多,有棕色、黄色、红色、橙色、黑色、绿色、灰色,杂色,以及你能想到的任何颜色。碧玉作为一种石头,硬度较高,莫氏硬度为 7,是制作碧玉首饰的好材料。碧玉种类繁多,有因其颜色而得名的,有因产地而得名的,也有因其结构而得名的,等等。因其瑰丽多彩的颜色和鲜艳的光泽,普遍被人们用于各种不同的生肖吉祥物。

 主要来源/Main Source: SciTechDaily, April, 14, 2022
 
参考文献:“地球上最古老的海底热液碧玉中原始微生物群落的多样性”,作者:Dominic Papineau、Zhenbing She、Matthew S. Dodd、Francesco Iacoviello、John F. SlackErik Hauri、Paul Shearing 和 Crispin T. S. Little,2022 年 4 月 13 日,科学进展。


作者简介:章纪君,1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫;1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑,海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年移民加拿大并进入哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造,1996年取得博士学位。在学期间获奖情况:1996-1999年:美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。
 
1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚-美国合营公司-”绿州石油公司”任实验室主任,从事古生物,地层和古盆地重建工作, 同时担任石油公司的地质,古生物学的教育培训工作。
 
出版物二部书,中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。1987-2013, 在美国自然历史博物馆微体古生物出版社单人编译和合作编译20余本Ellis and Messina “Catalogue of Foraminifera”, “Catalogue of Ostracoda” and “Catalogue of Diatom”. 1995-2004年间担任过美国的“Marine Micropaleontology”杂志的审稿工作。 
 
在”海洋出版社”1988年专著一书中,命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中,命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei).
 
出版文章20余篇,发表于各种科学杂志上, 如美国的Palaios, Deep Sea Research, Marine Micropaleontology, Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Acta Oceanologica Sinica(中国)等.为利比亚绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇和若干外承(External)地质报告的审核工作.

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