20亿年的“时间胶囊”讲述生命奇迹
发布时间: 2024-10-25 10:51:34
这块岩石中发现的古代微生物可能是寻找火星及其他星球生命的关键。图片来源：日本东京大学
在宇宙的宏大时间线上，人类的存在只不过是一瞬。然而，微生物的世界遵循着一套截然不同的法则。
例如，2020年，科学家成功复活了距今已有1亿年历史的微生物，使其成为科学界已知的最古老微生物。最近的《微生物生态学》杂志报道称，日本东京大学科学家打开了从南非东北部布什维尔德火成岩杂岩体采集的丰富矿藏，惊讶地发现，样本中包含着20亿年前就存在的微生物！由于这些微生物处于极端隔离状态，几乎没有表现出进化方面的变化，因此为研究地球的遥远历史和地外生命提供了宝贵线索。
已知最古老微生物“现身”
研究团队在地下15米处取得了一个30厘米长的岩芯样本，并将其切割成薄片，发现样本中的黏土十分密集，微生物无法离开，其他物质也无法进入，从而有效地将微生物保存了数十亿年之久。
要想揭开这些隐藏了数十亿年的微生物的秘密，仅仅用确定生物年龄和起源的方法还不够，必须在此基础上进行拓展。于是，研究团队又结合了3种成像方法——电子显微镜、荧光显微镜和红外光谱分析，以确认这些微生物是真的如此古老，还是在挖掘和分析过程中从外界带入的污染。
为确保样本在提取过程中未受污染，研究团队首先使用光学光热红外光谱仪检测了微生物，随后用绿色溶液对它们细胞的DNA进行染色，观察了微生物的蛋白质以及它们周围的黏土栖息地。他们认为，这些微生物确实生活在裂缝样本中，而且是那里的“本地”生物。
然后，他们利用扫描电子显微镜和荧光显微镜技术对样本进行了检查。这种三管齐下的方法让他们最终确定，这些微生物确实已被岩石困住达20亿年之久。他们在论文中报告：“这是迄今为止在古代岩石中发现的、最古老的活微生物的例子。”
岩层环境阻止微生物进化
这些微生物之所以在这里一直繁衍生息，很大程度上可能要归功于它们的栖息地——南非东北部的布什维尔德火成岩杂岩体。这是一个面积约4.1万平方公里的区域，以丰富的矿藏而著称，全球已开采的铂金中，约70%就来自这里。数十亿年前，地下深处厚达9000多米的区域，岩浆逐渐冷却凝固，从而形成了这片岩石侵入体。
自形成以来，这些岩层基本保持不变，一些古老的微生物生命得以在其中“扎根”并繁衍生息。同时，黏土沉积物覆盖了这些裂缝附近的一切空隙，将微小的生物困在里面，同时阻止其他任何物质进入。
研究人员推测，这样的环境如同一个“时间胶囊”，为微生物生命的持续提供了稳定环境，使其以极慢的速度延续，几乎没有任何进化上的改变。
科学家认为，近年来，地下微生物学的研究进展表明，尽管岩石与水相互作用提供的能量十分有限，但有着数百万年历史的火成岩仍然具有宜居性。地下生态系统中，生物进化微乎其微，且代谢速率极低，因此，时空稳定的火成岩能够在地质时间尺度上维持微生物的生存。
为寻找外星生命提供新线索
这篇论文的主要作者庸平铃木之前曾分析过在海底发现的、曾被认为是最古老的地质层，其历史可追溯至1亿年前。然而，此次新样本让人们得以一窥更遥远的过去——20亿年前。这引发了一个诱人的问题：地球以外的生命是否可能存在于古老岩石的裂缝中？
这些古老的微生物在没有阳光的环境下生存，通过与周围矿物的化学反应来获取能量。这种生存机制可能为探索其他天体（如火星或木卫二等卫星）表面之下是否存在生命提供了宝贵线索。
铃木称：“美国国家航空航天局（NASA）的‘毅力号’火星车正在收集一些岩石样本，与我们这项研究中所用的岩石年龄相似。我们能在20亿年前的地球样本中发现微生物生命，并能确认其真实性，这让人们对可能在火星样本中找到的东西感到兴奋。”
铃木团队认为，这项新研究将有助于指导外星样本的研究。美国《大众机械》杂志网站报道称，尽管按照NASA目前的计划，火星样本要到2040年，甚至可能更晚才会被带回地球，但地球以外存在生命，至少是微生物生命的可能性正变得越来越大。
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