假说众多 新研究探索深海中生命起源的秘密

■我们的记者张文静

地球上的生命是如何开始出现的？这是人类最关心的问题之一，也是世界各国科学家一直致力于研究的课题，但仍没有明确的结论。最近，发表在英国杂志《自然》上的一项研究结果称，科学家们至少在37.7亿年前发现了深海热液喷口及其周围微生物活动的证据，这可能是地球上最早的生命形式。这一发现为探索生命起源增加了新的理解。

37.7亿年前，地球海洋中已经存在生命。

大量生物聚集在深海热液附近，科学家认为这可能是地球上支持生命活动的最早环境之一。

为了寻找深海热液环境中早期生命的迹象，英国伦敦大学学院的研究员马修·多德和他的同事分析了加拿大北部努瓦吉托克绿岩带的碧玉岩石，这些岩石被认为来自古代深海热液。先前的研究估计，努瓦吉图克绿岩带有37.7亿至42.9亿年的历史。

在这项研究中，研究人员观察了保存在这些岩石中的管状和丝状结构，它们看起来与在其他海底热液环境中发现的细菌生命结构相似。这些岩石还保留了其他重要特征，如氧化铁颗粒和碳酸盐岩，它们被认为代表生物活动。

2016年9月，《自然》杂志发表了一项研究，称在格陵兰37亿年的岩石中发现了叠层石，即微生物群落形成的地质结构，这可能创造了地球上最古老生命迹象的新记录。这个研究小组的新发现是对这一成就的重要补充。叠层石只在被照亮的海洋表面水域形成，新发现的生命迹象来自深海热液，这表明生命已经存在于如此早期的地球上，从海洋表面到其深处。

对地球上生命起源时间的研究有助于我们推测当时的地球环境，进而推测当时出现的生命形式的特征上海交通大学生命科学与技术学院教授王告诉《中国科学日报》，研究早期生命非常困难。因为随着地球环境的变化，我们只能得到有机分子作为证据。当然，它们不可能活着，它们很容易被风化、污染和恶化。科学家以前做过很多研究，获得的一些证据后来被推翻了。到目前为止，科学界对早期生命的形式和它出现的时间仍有争议。

在王看来，英国研究者的成就的意义在于，他们获得了重要的样本，消除了污染等不确定性的影响，从不同方面细致地验证了微生物来源，获得了更为可靠的数据。从这些微生物的结构来看，它们的特征与深海温泉口的铁氧化细菌非常相似。这为地球生命起源于深海热液的假说提供了证据。

关于生命起源有许多假说。

关于地球上生命的起源有许多假说。其中，有“原始汤”的起源，认为早期地球的海洋产生了“原始汤”，其中含有由闪电和其他能源对原始大气中甲烷、氨和氢的物理和化学作用形成的有机分子。根据“地球创造”的起源理论，最早的有机生命应该起源于地球，它不仅聚集了有机粒子，而且帮助它们逐渐形成我们今天的基因模型。还有“外星星球输入”假说等。随着对海底热液喷口及其生态系统的深入研究，科学家们发现深海热液环境与地球早期环境非常相似。热液微生物具有不依赖阳光和嗜热的特点。因此，生命起源于深海热液的假说逐渐成为科学家的研究热点之一。

“这些假设都有自己的观点。它们不能说是相互排斥的。其中一些是互补的。”王对说道。

王的工作与探索深海环境中生命的早期迹象密切相关。2009年，王随美国“阿尔文”号航空母舰深入瓜伊马斯盆地2012米深处，进行“深海热液喷口黑暗生命研究”课题研究，成为当时中国最深的女科学家。

早在20世纪30年代，美国斯克里普斯海洋研究所的生物学家克劳德·佐贝尔(Claude Zobel)及其同事就证实了海洋沉积物中微生物的存在，并推测沉积物中可能会发生一些重要的生化过程，如水解、氨化、甲烷生成、纤维素和葡萄糖降解等。

此后，深海热液起源假说的发现和进展伴随着几十年的全球海洋地质调查。

1979年，“阿尔文”号潜水器首次在太平洋加拉帕戈斯洋中脊发现深海热液喷口和热液生态系统。在2500米深的热液喷口环境中，研究人员发现了大量自养微生物。这些微生物不利用阳光和氧气作为维持生命的能量，而是利用环境中丰富的硫化物作为“食物”，并作为生产者在整个热液生态系统中提供大约300种新的动物物种。后来，1994年，国际海洋钻探计划的科学家在海底数百米以下的沉积物样本中发现了活性微生物。

在深海下，地球上生命起源的秘密可能被隐藏了。

还需要继续探索

在深海早期生命形式的研究中，古细菌的发现和研究最近取得了一些突破性进展。

1990年，伊利诺伊大学微生物系的卡尔·沃斯教授在《美国国家科学院院刊》上发表了研究成果。他发现了一种能产生甲烷的微生物。它在外观上与大肠杆菌相似，但核糖体核糖核酸序列显示它与大肠杆菌不是“近亲”。相反，它与生长在高浓度盐水或沸腾温泉中的微生物非常接近。

甲烷的产生、对氧气的恐惧、高盐、高温，这些条件与早期地球环境有关。他由此推断，这些微生物“可能是地球上最古老的生命”卡尔·沃斯称这种微生物为“古细菌”，并将其与细菌和真核生物结合形成“三域系统”。

2015年，瑞典乌普萨拉大学的研究人员泰斯·艾特玛在《自然》在线发表了一篇文章，讨论了他们发现的一个里程碑式的新古菌——洛基科古菌。虽然属于古细菌，但洛基古细菌与真核生物有许多相同的基因，例如形成细胞骨架的蛋白质，以前只在真核生物中发现。Tese Itmar认为Lokifugu的发现填补了古细菌进化为真核细胞的空白，这也是从简单单细胞进化为复杂细胞的过程中缺失的一环。

"伊特玛刚刚在《自然》杂志上发表了另一篇文章，扩大了洛基府谷的范围."王对说道。

2013年，王领导的研究团队发现，MCG古菌在系统发育上处于一个新的分支，这与当前分类所确定的所有古菌类别有显著差异。因此，他们建议将MCG古菌分类为一个全新的类别，并将其命名为“古菌”。这一成果发表在《国际微生物与生态学会杂志》上，是中国学者提出的第一个古菌分类学，被认为是中国对古菌和生命起源与进化研究的重要贡献之一。从那以后，王的团队第一次发现并证实了古细菌具有自养醋酸产生的代谢模式。研究结果发表在《自然-微生物》上，这是《自然》的一个附属出版物。

古细菌提出后，随之而来的是许多新的研究和许多有趣的发现王说:“例如，在古细菌中发现了一种与甲烷代谢密切相关的关键酶。有了这种酶，甲烷可以产生或被吸收。在这种酶被发现之前，人们认为只有古细菌才能代谢甲烷，现在它已经扩展到了古细菌。因为甲烷的代谢途径被认为是非常古老的，这一发现与生命的起源有很大关系。”

现在，在生命起源的领域里，科学家们正在像织茧一样进行研究。“我们还需要特别小心，因为现在的工作很可能是盲人摸大象，我们只摸了一部分。在未来，我们将更加注重一个更加整体和全面的视角，包括微生物学的引入，因为很多时候生物体也需要合作，而不是被孤立，以便发挥作用。对于生命起源的研究，仍有许多未知领域值得探索。”王对说道。

中国科学新闻(2017-03-24，第四版自然)

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37.7亿年前，地球海洋中已经存在生命。