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石头还是生命?两篇论文就地球最早生命陷入纷争

2018-10-23 09:28来源:中国科学报

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  ■本报记者 唐凤

  也许,包含最早生命遗迹的岩石结构是非生物源的。

  格陵兰岛的古太古代上壳岩带中含有地球上最古老的岩石,这是寻找地球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质地和成分,也会影响其生物特征。

  之前,对格陵兰岛依苏阿上壳岩带37亿年前的岩石进行的研究描述了一个罕见的变质区域。在这个区域中,变质系统的封闭允许其保留了主要的沉积特征,包括推测的圆锥形和圆顶叠层石。

  这些结构的形态、分层、矿物、化学和地质环境都被认为是在3亿年前的浅水环境下形成的微生物沉积物。这段时间也被认为是地球岩石记录开始的时候。

  近日,《自然》报告了一项新的研究。研究人员分析了化石的三维形状、方向和化学成分,结果发现这些结构和叠层石不一样。它们没有内部分层,缺乏微生物活动的化学标记。

  “在寻找过去生命迹象,包括地外生命的过程中,对依苏阿上壳岩带的研究是一个警世故事,强调了在适当的尺度上对形态、组构和地球化学进行分析的重要性。”该论文第一作者、美国加州理工学院的Abigail C. Allwood说。

  不同结论

  2016年,一个澳大利亚卧龙岗大学研究组描述了最古老的化石——在格陵兰岛依苏阿发现的有37亿年历史的微生物沉积物。这些化石比当时地球上最早的生命化石证据早2.2亿年。

  该校地球与环境科学学院地球探索研究中心的Allen P. Nutman团队,以及澳大利亚和英国合作者,在格陵兰岛发现的这些锥形结构,每个高1~4厘米。研究人员认为这些是微生物层层生长而形成的沉积物,也就是叠层石。

  Nutman告诉《中国科学报》记者,这些化石是在近期常年积雪带融化后才裸露出来的,岩石的化学特性、沉积构造和所含矿物组成等多种证据,共同表明该叠层石由活的有机体形成。

  “之前的基因分子钟研究认为地球上的生命起源时间是40多亿年前,该发现与其吻合。”他说。

  但是,新研究显示了这些结构的非生物、后沉积起源。Allwood及合作者在岩石组构背景下,对化石结构的形态和方向进行了三维分析,并结合对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时间碳化变质沉积形成的变形结构。

  Allwood等人表示,通过三维观察发现它们实际上是脊形,而不是圆锥形。这些特征更适合解读为非生物源——海洋沉积物在被埋后长期变质的结果。这也突出了综合三维分析对于在其他地方(如火星)寻找类似生命的重要性。

  “在像依苏阿上壳岩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。Allwood等人的研究表明,在这些古老的岩石中,叠层石结构很容易是变形的结果,因此判断它们的起源是否为生物非常重要。”法国巴黎第七大学地球生物学家Mark van Zuilen在接受《中国科学报》记者采访时说。

  但是,Nutman并不认同。

  谁的错误?

  2016年9月,Allwood和该研究合作者、哥本哈根大学丹麦自然历史博物馆的Minik T. Rosing,乘直升机前往格陵兰岛,现场调查了包含化石的岩层。

  “但行程只有短短一天。”Nutman回忆道,“当时他们只观察了地点A,没有去地点B,后者当时被一层薄薄积雪覆盖。他们与我们不同,并没有广泛研究化石与周围裸露岩石的关系。”

  令Nutman困惑的是,Allwood等人只关注了地点A的远端裸露岩石,因为这些区域后沉积构造变形和重结晶作用已经被加强。“这是经典的风马牛不相及场景。这样得出的结论必然与我们不同。”Nutman说。

  而且,Allwood拒绝了Nutman团队提出的向其借用样本的提议,否则他们便可以独立评估经过“最好保存的原始样本”。

  Nutman认为,在现场时间过短等使得Allwood和Rosing处于不利境地。“我个人认为,他们无法评估处于中心的叠层石,这些岩石的变质作用最小,而边缘的岩石受到的破坏更严重。而且,在上壳岩带中心,叠层石并不是唯一保存下来的原始结构,还发现了碳酸盐沉积波纹和石英颗粒。”

  无论如何,Nutman认为团队的分析更全面,并坚持原先观点,认为在依苏阿岩石中存在着极其罕见的叠层石。

  但Rosing进行了反驳,他告诉《中国科学报》记者,Nutman的观点是错误的,他认为因为Allwood和他只在现场勘察了一天,就判定他们不能正确评估地质情况,这是武断的。“首先,我们的结论不是基于缺失的叠层石结构的证据,而是基于它们不是叠层石的积极证据。再多的时间在那里也无济于事。”

  而且,根据Nutman等人原始论文中的数据,Rosing认为他们的定位是正确的。“我从1980年开始几乎整个职业生涯都在依苏阿工作。我以前也曾经历过这种露出的岩石,并且充分意识到其构造变形的极端程度,但Nutman等人认为这是不存在的。”Rosing说。

  由于防火墙设置问题,邮件多次被弹回,因此,记者未能联系上Allwood。

  但Zuilen提到,这两个研究均存在局限性:它们都必须仔细研究次生蚀变特征。否则,在这些重结晶岩石中,“生命”或“非生命”都无法得到证实。

  生命之源纷争不断

  几十亿年前,地球上的生命只有细菌。它们没有任何可保存的坚硬部分(如骨头、贝壳等),所以只在岩石记录中留下了微化石。但这些微化石很容易被误认为是其他的简单结构,比如气泡、晶体聚集物等。

  不过,也有一些细菌,比如蓝藻细菌,可以在能形成有机垫子(微生物垫)的群落中生长。随着矿物质和沙粒的沉积,最终会出现一种叫做叠层石的生长结构。“所以叠层石让我们对地球上最早的生命形式有所了解。”Zuilen说。

  但由于古代叠层石总是出现在变质岩石中,因此研究难度较大,所受争议也颇多。

  “这意味着保存叠层石的岩石已经完全重新结晶和变形。因此,通常用于分析鉴定的各种细节,如复杂的叠片结构(由微生物垫产生)、微化石等都被破坏了。我们得到的唯一东西就是叠层石的整体形状。”Zuilen告诉记者。

  但问题是,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二氧化硅沉积物也是层状结构(有时是圆顶结构)。

  因此,人们现在不能仅依靠化石弄清关于生命起源的事情。“但我们没有其他记录,只有通过化学实验才能理解。无论如何,我们可以用化石重建地球上最早的生命历史。”Zuilen说,“未来的研究可能会让我们对形成叠层石的一级过程和二级过程有一个较为可靠的理解。”

  相关论文信息:

  DOI:10.1038/s41586-018-0610-4

  10.1038/nature19355

  《中国科学报》 (2018-10-22 第3版 国际)

[责编:毕孝斌]

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