跟蹤地球上最古老生命形式的記錄

帶有帶狀鐵層和生物印記的岩石 - 19億年，美國密歇根州（左上），27億年歷史，加拿大安大略省（左下）和25億年歷史，西澳大利亞卡里吉尼國家公園（右）。

圖片來源：倫敦大學學院的Dominic Papineau博士

這一發現提供了一種新的特徵「生物印記」，用於追蹤保存在岩石中的古代生物的遺骸，這些遺骸在數十億年中發生了重大變化，可以幫助識別太陽系中其他地方的生命。

這項研究發表在兩篇論文中 - 一篇發表在地質學會期刊上，另一篇發表在地球和行星科學快報中 - 解決了科學家如何在超過37億年的高度變質岩石中追蹤地球生命記錄的長期問題。舊的，有機材料經常變成碳基礦物石墨。

在發表於「 地球與行星科學快報」的第一項研究中，該團隊分析了來自加拿大，印度，中國，芬蘭，美國和格陵蘭的10個帶狀鐵質地層（BIF）的岩石樣本，其歷史超過20億年。

他們爭辯說，保存在石墨狀晶體中的碳 - 「石墨碳」 - 位於我們的牙齒和骨骼所構成的磷灰石等礦物質和碳酸鹽之間，是地球上最古老生命形式的生物印記。

「地球上的生命都是以碳為基礎的，隨著時間的推移，它會分解成不同的物質，如碳酸鹽，磷灰石和石油。它們被困在沉積岩層中，最終在地殼的後續變質過程中石油變成石墨，」 Dominic Papineau博士（倫敦大學學院地球科學，行星科學中心和倫敦納米技術中心）。

「我們的發現很重要，因為石墨與磷灰石的結合是否表明古代岩石中發現的碳的生物起源是一個熱烈的爭論。我們現在有多個證據表明這些礦物組合在帶狀鐵層中是生物學的。對我們如何確定從太陽系其他地方返回的外星岩樣品中的碳來源有著巨大的影響。「

該小組調查了BIF岩石的構成，因為它們幾乎總是處於前寒武紀時期（46億年至5.41億年）並記錄有關地球上最古老環境的信息。

為此，他們使用一系列涉及光子，電子和離子的方法分析了18億年至超過38億年的岩石成分，以表徵石墨和潛在生物成因的其他礦物的成分。

「以前，人們認為在古代岩石中發現磷灰石和石墨是罕見的，但是這項研究表明它在各種岩石變質等級的BIF中很常見，」團隊成員Matthew Dodd博士（UCL地球科學和倫敦納米技術中心）。

磷灰石和石墨礦物被認為有兩種可能的起源：腐朽的生物有機物的礦化產物，包括高溫下油中分子的分解，或通過非生物反應形成，這與生命如何產生的化學有關來自非生物。

通過顯示BIF中磷灰石和碳酸鹽中石墨碳的廣泛存在及其碳同位素組成的證據，研究人員得出結論，這些礦物與地球上最古老的生命形式遺骸的生物起源最為一致。

為了研究高溫變質作用導致岩石中生物物質的分子，元素和同位素特徵丟失的程度，他們分析了密歇根州一個18.5億年前的BIF岩石中相同的礦物，這些岩石在550攝氏度的高溫下變質。

在今天發表在地質學會雜誌上的第二項研究中，研究小組表明，在石墨碳和相關的磷灰石，碳酸鹽和粘土中發現了幾種生物印記。

他們使用各種高科技儀器來探測石墨的關鍵分子，元素和碳同位素的痕迹，並將其與幾種顯微技術相結合，研究被困在肉眼看不見的岩石中的微小物體。

他們對組合物的所有觀察結果與腐朽的生物量的起源一致，例如博物館中的古代動物化石，但是高溫強烈地改變了這一點。

「我們的新數據提供了額外的證據，表明與BIF中的磷灰石相關的石墨最有可能是生物來源。此外，通過從整個地質記錄中獲取一系列觀察結果，我們解決了關於同位素光源的長期爭議含有磷灰石的石墨碳在最古老的BIF中，「Papineau博士說。

「我們已經證明，生物印記存在於格陵蘭島和加拿大東北部的高度變質的鐵質地層中，這些地層的年齡超過38.5億年，可以追溯到沉積岩記錄的開始。」

這項工作得到了美國宇航局的部分資助。

（來源：倫敦大學學院）

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