追踪地球上最古老生命形式的记录

这一发现提供了一种新的特征“生物特征”，用来追踪保存在岩石中的古代生命遗迹，这些岩石在数十亿年的时间里发生了显著的变化，可能有助于确定太阳系其他地方的生命。

这项研究发表在《华尔街日报》的两篇论文,一个地质学会和另一个在地球和行星科学通讯》,解决了长期存在的问题,科学家们如何记录高变质岩石的地球上的生命有37亿多年的历史,与有机材料往往变成含碳矿物石墨。

在发表在《地球与行星科学快报》上的第一项研究中，研究小组分析了来自加拿大、印度、中国、芬兰、美国和格陵兰岛的10个带状铁结构(BIF)岩石样本，这些岩石的历史跨度超过20亿年。他们认为，保存在石墨状晶体中的碳——“石墨碳”——与磷灰石(构成我们牙齿和骨骼的材料)和碳酸盐等矿物质一起，是地球上最古老生命形式的生物特征。“地球上的生命都是以碳为基础的，随着时间的推移，它会分解成不同的物质，如碳酸盐、磷灰石和石油。它们被困在沉积岩层中，最终在地壳随后的变质过程中，石油变成了石墨，”伦敦大学学院地球科学、行星科学中心和伦敦纳米技术中心的多米尼克·帕皮诺博士解释道。

“我们的发现很重要，因为石墨和磷灰石的关系是否代表了在古代岩石中发现的碳的生物起源，这一问题引发了激烈的争论。我们现在有多股证据表明，这些矿物组合是带状铁结构中的生物现象。这对我们如何确定从太阳系其他地方返回的外星岩石样本中碳的来源有着巨大的影响。”

研究小组调查了BIF岩石的组成，因为它们几乎都是前寒武纪时期(46亿年到5.41亿年)的岩石，并记录了关于地球上最古老环境的信息。为此，他们利用一系列涉及光子、电子和离子的方法，分析了18亿年到38亿年以上岩石的组成，以确定石墨和其他潜在生物成因矿物的组成。

研究小组成员马修·多德博士(伦敦大学学院地球科学和伦敦纳米技术中心)说:“以前，人们认为在古代岩石中同时发现磷灰石和石墨是一种罕见的现象，但这项研究表明，在不同岩石变质等级的BIF中，这种现象很常见。”磷灰石和石墨矿物被认为有两种可能的来源:一种是腐烂的生物有机质的矿化产物，包括石油分子在高温下的分解，另一种是通过非生物反应形成的，这些非生物反应与生命如何从非生命物质产生的化学过程有关。

通过在BIF中广泛存在的磷灰石和碳酸盐中的石墨碳及其碳同位素组成的证据，研究人员得出结论，这些矿物与地球上最古老生命形式的遗迹的生物起源最为一致。为了研究高温变质作用对岩石中生物物质的分子、元素和同位素特征造成的损失程度，他们分析了密歇根州一块18.5亿年的BIF岩石中的相同矿物，该岩石在550摄氏度的高温下发生了变质。

在今天发表在《地质学会杂志》上的第二项研究中，研究小组表明，在石墨碳以及相关的磷灰石、碳酸盐和粘土中发现了一些生物特征。他们使用各种高科技仪器来探测石墨的关键分子、元素和碳同位素的踪迹，并将其与几种显微镜技术结合起来，研究困在岩石中的肉眼看不见的微小物体。总的来说，他们对其组成的所有观察都与来自腐朽生物质的起源相一致，比如博物馆里的古代动物化石，但这些生物化石已经被高温强烈地改变了。

“我们的新数据提供了更多的证据，证明BIF中与磷灰石有关的石墨极有可能起源于生物。此外，通过对整个地质记录的一系列观察，我们解决了关于最古老的BIF中含有磷灰石的同位素轻石墨碳起源的长期争议，”Papineau博士说。“我们已经证明，从沉积岩记录开始，格陵兰岛和加拿大东北部的高变质铁地层中就存在生物特征。”