生物礦化源於海水的鹼化？

育空地區斯利普山含有磷灰石鱗屑微體化石的碳酸鹽岩。碳酸鹽岩在弱酸中溶解後可得到化石。鱗屑約為加拿大便士大小。

地球上許多細胞生命體的一個關鍵特徵是硬質的生物結構，例如由礦物質構成的動物骨骼和蝸牛殼。

最近，研究人員在加拿大發現了微體化石。這一發現不僅將迄今最古老的生物礦化證據追溯至8.1億年前，還有助於在其他行星上定位查找化石，研究生命體和行星隨時間推移共同演化的方式。

研究人員在《科學進展》雜誌上詳細介紹了該發現。他們獲得了美國航空航天局天體生物研究所麻省理工學院分部的資助，以及美國航空航天局天文學博士後獎學金。

多細胞生物，如動物、植物和真菌都是真核細胞。真核細胞具有細胞核。生物礦化的演變在真核生物史上是一個關鍵的里程碑，對於地球亦是如此，因為珊瑚礁等生物礦物結構對地球的地質狀況產生了巨大的影響。然而，真核生物礦化的早期跡象並未在化石中被清晰記錄，這使得我們難以了解這些生物結構首次出現的時代和環境。

為了確定真核生物礦化開始的時間，科學家從加拿大靠近阿拉斯加邊界育空地區的斯利普山附近收集了大約60米厚的石灰泥岩和黑灰色頁岩樣本。

該研究的主要負責人菲比·科恩是一名古生物學家，任教於馬薩諸塞州威廉斯敦的威廉姆斯學院。她說：「我們到那裡的時候雖然已是6月下旬，但還是很冷，地上的積雪仍未融化。這種情況實際上是有好處的，因為可以從積雪中獲取飲用水。」

研究人員主要研究岩石中的微體化石。這些微體化石產生於10億至5.41億年前的新元古代。科恩說：「發現這些化石的山坡非常陡峭，岩石大多鬆散。我們用岩石錘敲擊岩石來收集樣本。這真是一項危險又耗時的工作。」

科恩團隊發現的微體化石形狀各異，被認為是單細胞海洋真核生物。「我們認為，發現的每一種微體化石都不是獨立的生物體，而是單細胞的一部分。這些微體化石就如同小裝甲板一樣包圍著圓形單細胞。」科恩說。

他們使用高解析度透射電子顯微鏡觀察這些微體化石，發現它們主要是由磷灰石纖維晶體的複雜交織網路構成。研究人員由此得出結論，這些網路的複雜性證實了它們是因生物學而非地質過程產生的。

此外，岩石中錸元素和鋨元素的同位素分析表明，這些化石的年齡約為8.1億年，是迄今發現的最古老的真核生物礦化標本。科恩稱，它們比之前的標本要早大約2億年，「真核生物建造複雜生物礦化結構的時間要遠早於我們認為的時間」。

含生物礦化化石岩層的斯利普山

斯利普山生物礦化磷灰石鱗屑微體化石簇的電子顯微鏡掃描圖像，這些結構就像許多相同類型的裝甲板圍繞著單個細胞。化石是通過將斯利普山上的碳酸鹽岩溶解在弱酸中發現的。

這些生物體生存的世界與現今大為不同：幾乎所有的生命都存在於水中，動植物都還未出現。但當時存在大量的微觀真核生物，其中一些是藻類，類似於今天的紅、綠色藻類，而另一些在現今已經沒有了類似物，如科恩團隊發現的神秘化石。

對化石周圍岩石的分析表明，當這些真核生物活著時，海洋發生了化學變化，溶解在海水中的磷酸鹽化合物增加。這有助於解釋為何這些生物體可能產生了由磷酸鹽礦物磷灰石構成的結構。科恩表示，當生物體及其環境隨時間演化時，生物礦化就出現了，「我們可以據此推測生物體會利用這些磷進行生物礦化」。

這項研究還有助於在其他行星上定位化石存在的地方。例如，如果尋找主要由磷酸鹽構成的化石，科學家會將重點放在以前或現在富含溶解磷酸鹽的地區。

科恩說：「我們已經了解了很多此類生物礦化化石存在的條件。當開始探索像火星這樣的地方以尋找潛在的化石生命證據時，這會非常有用。」

科恩團隊未來的研究會側重於在世界其他地方尋找此類化石。她說：「我也正致力探索這些化石為什麼會在這裡被保存下來，以及它們是如何被保存下來的，這將幫助我們在其他地方找到它們，並使我們更多地了解生物礦化化石如何被保存在古老的岩石中。」

「為何近2億年來，我們再也看不到真核生物礦化的現象？」科恩說，「是因為這些生物體滅絕了嗎？那麼，為什麼其他生物體沒有進化出這種能力呢？是因為海洋化學條件嗎？日後還有很多諸如此類有趣的問題需要跟進。」

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