地球上最早的生命「化石」可能只是石頭？

是石頭，還是生命？ 兩篇論文就地球最早生命陷入紛爭

依蘇阿上殼岩帶 圖片來源：《自然》

■本報記者 唐鳳

也許，包含最早生命遺迹的岩石結構是非生物源的。

格陵蘭島的古太古代上殼岩帶中含有地球上最古老的岩石，這是尋找地球最早生命跡象的主要目標。然而，變質作用在很大程度上破壞了岩石的原始質地和成分，也會影響其生物特徵。

之前，對格陵蘭島依蘇阿上殼岩帶37億年前的岩石進行的研究描述了一個罕見的變質區域。在這個區域中，變質系統的封閉允許其保留了主要的沉積特徵，包括推測的圓錐形和圓頂疊層石。

這些結構的形態、分層、礦物、化學和地質環境都被認為是在3億年前的淺水環境下形成的微生物沉積物。這段時間也被認為是地球岩石記錄開始的時候。

近日，《自然》報告了一項新的研究。研究人員分析了化石的三維形狀、方向和化學成分，結果發現這些結構和疊層石不一樣。它們沒有內部分層，缺乏微生物活動的化學標記。

「在尋找過去生命跡象，包括地外生命的過程中，對依蘇阿上殼岩帶的研究是一個警世故事，強調了在適當的尺度上對形態、組構和地球化學進行分析的重要性。」該論文第一作者、美國加州理工學院的Abigail C. Allwood說。

不同結論

2016年，一個澳大利亞卧龍崗大學研究組描述了最古老的化石——在格陵蘭島依蘇阿發現的有37億年歷史的微生物沉積物。這些化石比當時地球上最早的生命化石證據早2.2億年。

該校地球與環境科學學院地球探索研究中心的Allen P. Nutman團隊，以及澳大利亞和英國合作者，在格陵蘭島發現的這些錐形結構，每個高1~4厘米。研究人員認為這些是微生物層層生長而形成的沉積物，也就是疊層石。

Nutman告訴《中國科學報》記者，這些化石是在近期常年積雪帶融化後才裸露出來的，岩石的化學特性、沉積構造和所含礦物組成等多種證據，共同表明該疊層石由活的有機體形成。

「之前的基因分子鐘研究認為地球上的生命起源時間是40多億年前，該發現與其吻合。」他說。

但是，新研究顯示了這些結構的非生物、後沉積起源。Allwood及合作者在岩石組構背景下，對化石結構的形態和方向進行了三維分析，並結合對主要和微量元素的化學分析，發現這些疊層石更有可能被解釋為長時間碳化變質沉積形成的變形結構。

Allwood等人表示，通過三維觀察發現它們實際上是脊形，而不是圓錐形。這些特徵更適合解讀為非生物源——海洋沉積物在被埋後長期變質的結果。這也突出了綜合三維分析對於在其他地方（如火星）尋找類似生命的重要性。

「在像依蘇阿上殼岩帶這樣古老的岩石中發現的任何生命痕迹都是有爭議的，因為這些岩石經歷了如此高的變質作用。Allwood等人的研究表明，在這些古老的岩石中，疊層石結構很容易是變形的結果，因此判斷它們的起源是否為生物非常重要。」法國巴黎第七大學地球生物學家Mark van Zuilen在接受《中國科學報》記者採訪時說。

但是，Nutman並不認同。

誰的錯誤？

2016年9月，Allwood和該研究合作者、哥本哈根大學丹麥自然歷史博物館的Minik T. Rosing，乘直升機前往格陵蘭島，現場調查了包含化石的岩層。

「但行程只有短短一天。」Nutman回憶道，「當時他們只觀察了地點A，沒有去地點B，後者當時被一層薄薄積雪覆蓋。他們與我們不同，並沒有廣泛研究化石與周圍裸露岩石的關係。」

令Nutman困惑的是，Allwood等人只關注了地點A的遠端裸露岩石，因為這些區域後沉積構造變形和重結晶作用已經被加強。「這是經典的風馬牛不相及場景。這樣得出的結論必然與我們不同。」Nutman說。

而且，Allwood拒絕了Nutman團隊提出的向其借用樣本的提議，否則他們便可以獨立評估經過「最好保存的原始樣本」。

Nutman認為，在現場時間過短等使得Allwood和Rosing處於不利境地。「我個人認為，他們無法評估處於中心的疊層石，這些岩石的變質作用最小，而邊緣的岩石受到的破壞更嚴重。而且，在上殼岩帶中心，疊層石並不是唯一保存下來的原始結構，還發現了碳酸鹽沉積波紋和石英顆粒。」

無論如何，Nutman認為團隊的分析更全面，並堅持原先觀點，認為在依蘇阿岩石中存在著極其罕見的疊層石。

疊層石

但Rosing進行了反駁，他告訴《中國科學報》記者，Nutman的觀點是錯誤的，他認為因為Allwood和他只在現場勘察了一天，就判定他們不能正確評估地質情況，這是武斷的。「首先，我們的結論不是基於缺失的疊層石結構的證據，而是基於它們不是疊層石的積極證據。再多的時間在那裡也無濟於事。」

而且，根據Nutman等人原始論文中的數據，Rosing認為他們的定位是正確的。「我從1980年開始幾乎整個職業生涯都在依蘇阿工作。我以前也曾經歷過這種露出的岩石，並且充分意識到其構造變形的極端程度，但Nutman等人認為這是不存在的。」Rosing說。

由於防火牆設置問題，郵件多次被彈回，因此，記者未能聯繫上Allwood。

但Zuilen提到，這兩個研究均存在局限性：它們都必須仔細研究次生蝕變特徵。否則，在這些重結晶岩石中，「生命」或「非生命」都無法得到證實。

生命之源紛爭不斷

幾十億年前，地球上的生命只有細菌。它們沒有任何可保存的堅硬部分（如骨頭、貝殼等），所以只在岩石記錄中留下了微化石。但這些微化石很容易被誤認為是其他的簡單結構，比如氣泡、晶體聚集物等。

不過，也有一些細菌，比如藍藻細菌，可以在能形成有機墊子（微生物墊）的群落中生長。隨著礦物質和沙粒的沉積，最終會出現一種叫做疊層石的生長結構。「所以疊層石讓我們對地球上最早的生命形式有所了解。」Zuilen說。

但由於古代疊層石總是出現在變質岩石中，因此研究難度較大，所受爭議也頗多。

「這意味著保存疊層石的岩石已經完全重新結晶和變形。因此，通常用於分析鑒定的各種細節，如複雜的疊片結構（由微生物墊產生）、微化石等都被破壞了。我們得到的唯一東西就是疊層石的整體形狀。」Zuilen告訴記者。

但問題是，一些生物過程可以產生相似的形狀。例如，溫泉和間歇泉周圍的二氧化硅沉積物也是層狀結構（有時是圓頂結構）。

因此，人們現在不能僅依靠化石弄清關於生命起源的事情。「但我們沒有其他記錄，只有通過化學實驗才能理解。無論如何，我們可以用化石重建地球上最早的生命歷史。」Zuilen說，「未來的研究可能會讓我們對形成疊層石的一級過程和二級過程有一個較為可靠的理解。」

相關論文信息：

DOI：10.1038/s41586-018-0610-4

10.1038/nature19355

《中國科學報》 (2018-10-22 第3版 國際)

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