查爾斯·崔

地球上許多細(xì)胞生命體的一個(gè)關(guān)鍵特征是硬質(zhì)的生物結(jié)構(gòu)，例如由礦物質(zhì)構(gòu)成的動(dòng)物骨骼和蝸牛殼。

最近，研究人員在加拿大發(fā)現(xiàn)了微體化石。這一發(fā)現(xiàn)不僅將迄今最古老的生物礦化證據(jù)追溯至8.1億年前，還有助于在其他行星上定位查找化石，研究生命體和行星隨時(shí)間推移共同演化的方式。

研究人員在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上詳細(xì)介紹了該發(fā)現(xiàn)。他們獲得了美國(guó)航空航天局天體生物研究所麻省理工學(xué)院分部的資助，以及美國(guó)航空航天局天文學(xué)博士后獎(jiǎng)學(xué)金。

多細(xì)胞生物，如動(dòng)物、植物和真菌都是真核細(xì)胞。真核細(xì)胞具有細(xì)胞核。生物礦化的演變?cè)谡婧松锸飞鲜且粋€(gè)關(guān)鍵的里程碑，對(duì)于地球亦是如此，因?yàn)樯汉鹘傅壬锏V物結(jié)構(gòu)對(duì)地球的地質(zhì)狀況產(chǎn)生了巨大的影響。然而，真核生物礦化的早期跡象并未在化石中被清晰記錄，這使得我們難以了解這些生物結(jié)構(gòu)首次出現(xiàn)的時(shí)代和環(huán)境。

為了確定真核生物礦化開始的時(shí)間，科學(xué)家從加拿大靠近阿拉斯加邊界育空地區(qū)的斯利普山附近收集了大約60米厚的石灰泥巖和黑灰色頁(yè)巖樣本。

該研究的主要負(fù)責(zé)人菲比·科恩是一名古生物學(xué)家，任教于馬薩諸塞州威廉斯敦的威廉姆斯學(xué)院。她說：“我們到那里的時(shí)候雖然已是6月下旬，但還是很冷，地上的積雪仍未融化。這種情況實(shí)際上是有好處的，因?yàn)榭梢詮姆e雪中獲取飲用水?！?/p>

研究人員主要研究巖石中的微體化石。這些微體化石產(chǎn)生于10億至5.41億年前的新元古代?？贫髡f：“發(fā)現(xiàn)這些化石的山坡非常陡峭，巖石大多松散。我們用巖石錘敲擊巖石來收集樣本。這真是一項(xiàng)危險(xiǎn)又耗時(shí)的工作?！?/p>

科恩團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的微體化石形狀各異，被認(rèn)為是單細(xì)胞海洋真核生物。“我們認(rèn)為，發(fā)現(xiàn)的每一種微體化石都不是獨(dú)立的生物體，而是單細(xì)胞的一部分。這些微體化石就如同小裝甲板一樣包圍著圓形單細(xì)胞?！笨贫髡f。

他們使用高分辨率透射電子顯微鏡觀察這些微體化石，發(fā)現(xiàn)它們主要是由磷灰石纖維晶體的復(fù)雜交織網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。研究人員由此得出結(jié)論，這些網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性證實(shí)了它們是因生物學(xué)而非地質(zhì)過程產(chǎn)生的。

此外，巖石中錸元素和鋨元素的同位素分析表明，這些化石的年齡約為8.1億年，是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的真核生物礦化標(biāo)本?？贫鞣Q，它們比之前的標(biāo)本要早大約2億年，“真核生物建造復(fù)雜生物礦化結(jié)構(gòu)的時(shí)間要遠(yuǎn)早于我們認(rèn)為的時(shí)間”。

這些生物體生存的世界與現(xiàn)今大為不同：幾乎所有的生命都存在于水中，動(dòng)植物都還未出現(xiàn)。但當(dāng)時(shí)存在大量的微觀真核生物，其中一些是藻類，類似于今天的紅、綠色藻類，而另一些在現(xiàn)今已經(jīng)沒有了類似物，如科恩團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的神秘化石。

對(duì)化石周圍巖石的分析表明，當(dāng)這些真核生物活著時(shí)，海洋發(fā)生了化學(xué)變化，溶解在海水中的磷酸鹽化合物增加。這有助于解釋為何這些生物體可能產(chǎn)生了由磷酸鹽礦物磷灰石構(gòu)成的結(jié)構(gòu)?？贫鞅硎?，當(dāng)生物體及其環(huán)境隨時(shí)間演化時(shí)，生物礦化就出現(xiàn)了，“我們可以據(jù)此推測(cè)生物體會(huì)利用這些磷進(jìn)行生物礦化”。

這項(xiàng)研究還有助于在其他行星上定位化石存在的地方。例如，如果尋找主要由磷酸鹽構(gòu)成的化石，科學(xué)家會(huì)將重點(diǎn)放在以前或現(xiàn)在富含溶解磷酸鹽的地區(qū)。

科恩說：“我們已經(jīng)了解了很多此類生物礦化化石存在的條件。當(dāng)開始探索像火星這樣的地方以尋找潛在的化石生命證據(jù)時(shí)，這會(huì)非常有用?！?/p>

科恩團(tuán)隊(duì)未來的研究會(huì)側(cè)重于在世界其他地方尋找此類化石。她說：“我也正致力探索這些化石為什么會(huì)在這里被保存下來，以及它們是如何被保存下來的，這將幫助我們?cè)谄渌胤秸业剿鼈?，并使我們更多地了解生物礦化化石如何被保存在古老的巖石中?！?/p>

“為何近2億年來，我們?cè)僖部床坏秸婧松锏V化的現(xiàn)象？” 科恩說，“是因?yàn)檫@些生物體滅絕了嗎？那么，為什么其他生物體沒有進(jìn)化出這種能力呢？是因?yàn)楹Ｑ蠡瘜W(xué)條件嗎？日后還有很多諸如此類有趣的問題需要跟進(jìn)?！眅ndprint