石头还是生命？两篇论文就地球最早生命陷入纷争

科普小知识2022-05-13 15:38:39

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来源:自然

这是我们的记者冯唐

也许包含生命早期痕迹的岩石结构是非生物的。

格陵兰的古太古代上地壳带包含地球上最古老的岩石，这是寻找地球上最早生命迹象的主要目标。然而，变质作用在很大程度上破坏了岩石的原始结构和成分，也会影响它们的生物特征。

此前，37亿年前在格陵兰岛伊苏上地壳带的岩石研究中描述了一个罕见的变质区。在这一地区，变质系统的闭合使其保留了主要的沉积特征，包括假定的锥形和圆顶叠层石。

这些构造的形态、分层、矿物、化学和地质环境都被认为是3亿年前在浅水环境中形成的微生物沉积。这段时间也被认为是地球岩石记录的开始。

最近，《自然》报道了一项新的研究。研究人员分析了化石的三维形状、方向和化学成分，发现这些结构不同于叠层石。它们没有内部分层，也没有微生物活动的化学标记。

在寻找过去生命的迹象，包括外星生命的过程中，对伊酥上地壳带的研究是一个警示，它强调在适当的尺度上进行形态、结构和地球化学分析的重要性这篇论文的第一作者，加州理工学院的阿比盖尔·奥尔伍德说。

不同的结论

2016年，澳大利亚卧龙岗大学的一个研究小组描述了最古老的化石，一个在格陵兰岛伊苏阿发现的37亿年前的微生物矿床。这些化石比当时地球上最早的生命化石证据早2.2亿年。

艾伦·普·纳特曼的团队来自该校地球与环境科学学院地球探索与研究中心，澳大利亚和英国的合作伙伴在格陵兰岛发现了这些锥形结构，每一个都有4厘米高。研究人员认为这些是微生物层形成的沉积物，它们是叠层石。

纳特曼告诉《中国科学报》，这些化石是在最近常年积雪带融化后才被发现的。岩石的化学特征、沉积结构和矿物组成共同表明叠层石是由生物形成的。

“以前对基因分子时钟的研究认为，地球上的生命起源于40多亿年前，这一发现与此一致。”他说。

然而，新的研究表明了这些结构的非生物和沉积后起源。奥尔伍德和他的合作者在岩石组构的背景下对化石结构的形状和方向进行了三维分析，并结合主要和微量元素的化学分析，发现这些叠层石更有可能被解释为长期碳化变质和沉积形成的变形结构。

奥尔伍德等人说，通过三维观察，它们实际上是脊，而不是锥。这些特征更适合解释为埋藏后非生物源海洋沉积物长期变质的结果。这也凸显了综合三维分析在其他地方(如火星)寻找相似生命的重要性。

“在像伊酥上地壳带这样古老的岩石中发现的任何生命痕迹都是有争议的，因为这些岩石经历了如此高的变质作用。奥尔伍德等人的研究表明，这些古老岩石中的叠层石结构很容易是变形的结果，因此判断它们的来源是否是生物的非常重要。法国巴黎第七大学的地球物理学家马克·范祖林在接受《中国科学报》采访时说。

然而，纳特曼不同意。

谁的错误？

2016年9月，奥尔伍德和他的研究伙伴，哥本哈根大学丹麦自然历史博物馆的米尼克·特·罗辛乘坐直升机前往格陵兰岛，调查含化石的岩层。

“但这次旅行只是短暂的一天。”纳特曼回忆道，“当时，他们只观察了位置a，没有去位置b，那里被一层薄薄的雪覆盖着。他们与我们不同，没有广泛研究化石和周围裸露岩石之间的关系。”

令纳特曼感到困惑的是，奥尔伍德等人只关注A站点远端的裸露岩石，因为这些区域的沉积后构造变形和再结晶得到了加强。“这是一个经典的不相干的场景。由此得出的结论肯定与我们的不同。”纳特曼说。

此外，奥尔伍德拒绝了纳特曼团队向他们借样品的提议，否则他们可以独立评估“保存最好的原始样品”

纳特曼认为奥尔伍德和罗辛处于劣势，因为他们在现场的时间很短。“就我个人而言，我认为他们无法评估中心的叠层石。这些岩石变质程度最小，边缘的岩石受损更严重。此外，叠层石并不是保存在上地壳中心的唯一原始结构，还发现了碳酸盐沉积波纹和应时颗粒。”

无论如何，Nutman认为该小组的分析更全面，并坚持原始观点，即在yisua岩石中有极其罕见的叠层石。

但是罗辛反驳道，他告诉《中国科学》的记者，纳特曼的观点是错误的。他认为判断奥尔伍德是武断的，仅仅经过一天的现场调查，他就不能正确地评估地质情况。“首先，我们的结论不是基于缺少叠层石结构的证据，而是基于它们不是叠层石的积极证据。再多的时间也无济于事。”

此外，根据纳特曼等人的原始论文中的数据，罗辛认为他们的立场是正确的。“自1980年以来，我几乎整个职业生涯都在伊苏阿工作。我以前经历过这种裸露的岩石，并充分认识到其结构变形的极端程度，但纳特曼和其他人认为它并不存在。”罗辛说。

由于防火墙设置问题，邮件被多次退回，因此记者无法联系到奥尔伍德。

然而，苏林提到，这两项研究都有局限性:他们必须仔细研究次级蚀变的特征。否则，“生命”或“非生命”就无法在这些重结晶的岩石中得到证实。

生命之源一直存在争议。

几十亿年前，地球上唯一的生命是细菌。它们没有任何可以保存的坚硬部分(如骨头、贝壳等)。)，所以岩石记录中只剩下微体化石。然而，这些微体化石很容易被误认为其他简单的结构，如气泡和晶体聚集体。

然而，也有一些细菌，如蓝细菌，可以在形成有机垫(微生物垫)的群落中生长。随着矿物质和沙粒的沉积，最终会出现一种称为叠层石的生长结构。"所以叠层石让我们了解了地球上最早的生命形式."苏林说。

然而，由于古老的叠层石总是出现在变质岩中，所以研究起来既困难又有争议。

“这意味着保存叠层石的岩石已经完全重结晶和变形。因此，常用于分析和鉴定的各种细节，如复杂的层状结构(由微生物垫产生)、微体化石等。，已经被摧毁了。我们唯一拥有的就是叠层石的整体形状。”苏林告诉记者。

但是问题是一些生物过程可以产生相似的形状。例如，温泉和间歇泉周围的硅石沉积物也是层状结构(有时是圆顶结构)。

因此，人们不能依靠化石来发现生命的起源。“但是我们没有其他记录，只有通过化学实验才能理解。无论如何，我们可以从化石中重建地球上最早的生命史。”苏林说，“未来的研究可能会让我们对形成叠层石的初级和次级过程有更可靠的了解。”