在41亿年前的一颗锆石里,寻找生命诞生的迹象

作者: 柯石英_USTC

来源: 果壳

发布日期: 2015-10-27

科学家在41亿年前的锆石中发现石墨,通过碳同位素分析推测可能存在生物遗迹,这一发现如果被证实,将大幅度提前地球上生命的诞生时间。

当你看着街道上匆匆走过的行人和在秋风中飒飒作响的行道树,觉得周围所有这些生物都是理所当然时,你有没有想过时光倒转,曾经有一天这一切都还没有出现,浩瀚星球之中只有最初的生命开拓者,那一天的地球是何时、何等模样?生命诞生于什么时候?从早期宗教中对创世纪的描述到进化论被认同后生物学的发展,历史上人类对于生命起源的求知欲从未消褪。

而在过去的几十年间,科学家们在地质学和古生物学取得的突破已经使我们无限接近于最终的答案。

迄今为止,最古老生命的直接证据来自于接近35亿年前的叠层石。在被微生物占领的地球早期,这种在微生物的参与下构建形成的沉积结构在全球广泛分布。其中,在西澳大利亚和南非两地发现的叠层石保存了近35亿年前蓝藻细菌活动的证据。

而通过化学手段得出的间接证据则有可能将生命出现的时间进一步提前:在格陵兰岛,科学家们对形成于38亿年前的岩石记录中的磷灰石进行碳同位素的研究,他们发现实验测出的数值无法被生命活动以外的过程所解释,从而提出这很可能是生物活动的产物。一旦该结论被证实,地球上生命的诞生时间将被大幅度提前。

近日,一项来自于加州大学洛杉矶分校研究团队的研究有可能将生命起源的时间点再次向前拨动3亿年,该研究成果发表在最近的PNAS上。通过对岩石样品的研究,人们解锁出众多远古生命的秘密。可惜的是,最早的岩石记录“只”有40亿年的历史,人们可以通过什么材料探寻现年46亿岁的地球幼儿时期的秘密呢?答案就是“X石恒久远,一颗永流传”——不过不是钻石,而是锆石。

锆石一种在是岩浆分异过程中结晶的矿物,它们跟随着岩浆来到地表。能够在超过40亿年的漫长地质过程中得以幸存,锆石必然拥有与众不同的技能点:一方面,锆石的熔点在两千摄氏度以上,即使在氧化状态下也能在1500℃中保持稳定;另一方面,锆石抗风化能力很强,这就意味着锆石一旦形成,无论是地表的风化剥蚀还是深部的变质过程都难以将其摧毁。

既然锆石可以稳定地从地壳形成初始阶段保存至今,如果锆石在结晶的时候恰好将一些对于破解生命起源有帮助的物质包裹起来,那么有幸能穿上锆石这层绝佳铠甲的物质岂不是也有机会被今天的我们发现?抱着这样的想法,这篇文章的作者来到了最早锆石的发掘地——杰克山,他们在这里寻找蕴含原始生命信息的远古锆石。经过一番努力,他们果真在这些细如发丝的锆石晶体中有所发现:在一粒41亿年前的锆石晶体中,研究者发现了一些石墨。

通过对这块锆石晶体中保存的石墨进行碳同位素分析,研究人员发现其碳13比值很低,正好位于有机碳的范围内!研究人员认为这可能是生物的遗迹,他们为我们重建了这段生命历程:在至少41亿年前的地球上,最初的原核生物已经诞生,它们能够利用环境中的无机碳合成有机物。当生命的最后钟声敲响,它们缓缓坠入洋底的泥沙中,经过漫长的沉积作用成为沉积岩的一部分。

从地球起源至38亿年前的这段时间被命名为冥古宙,人们对这段时期的一贯认识是火山喷发遍布、小行星与彗星撞击频繁的死寂世界,生命似乎与这段时期绝缘。如果这项研究的推断成立,这无疑是一个爆炸性的消息:地球上生物起源的时间将被提前至冥古宙,人类对于简单生命产生条件的认知无疑将被改写。

然而,事情并没有那么简单。

有机质的特征的确是低同位素比值,但问题是其它的非生物过程同样可以导致石墨的同位素值偏低:一种可能性是这份石墨可能混入了一部分天外的材料。陨石中的碳同位素值可以远远低于有机碳的范围,这样最终的石墨出现有机碳的数值也就不足为奇;此外,在铁的催化下,无机形态的碳氢氧有可能合成甲烷等烃类,只是该反应在低温下尚未得到证实。研究团队也表示,目前人们并没有办法验证这份石墨材料的来源是以上的某一种过程。

同样,这些可能性在目前也都无法被排除。为了对早期地球开展更深一步的探索,研究者需要继续向锆石寻求帮助,继续挖掘这些矿物为我们保留下的生命痕迹。

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