生物矿化源于海水的碱化？

查尔斯·崔

地球上许多细胞生命体的一个关键特征是硬质的生物结构，例如由矿物质构成的动物骨骼和蜗牛壳。

最近，研究人员在加拿大发现了微体化石。这一发现不仅将迄今最古老的生物矿化证据追溯至8.1亿年前，还有助于在其他行星上定位查找化石，研究生命体和行星随时间推移共同演化的方式。

研究人员在《科学进展》杂志上详细介绍了该发现。他们获得了美国航空航天局天体生物研究所麻省理工学院分部的资助，以及美国航空航天局天文学博士后奖学金。

多细胞生物，如动物、植物和真菌都是真核细胞。真核细胞具有细胞核。生物矿化的演变在真核生物史上是一个关键的里程碑，对于地球亦是如此，因为珊瑚礁等生物矿物结构对地球的地质状况产生了巨大的影响。然而，真核生物矿化的早期迹象并未在化石中被清晰记录，这使得我们难以了解这些生物结构首次出现的时代和环境。

为了确定真核生物矿化开始的时间，科学家从加拿大靠近阿拉斯加边界育空地区的斯利普山附近收集了大约60米厚的石灰泥岩和黑灰色页岩样本。

该研究的主要负责人菲比·科恩是一名古生物学家，任教于马萨诸塞州威廉斯敦的威廉姆斯学院。她说：“我们到那里的时候虽然已是6月下旬，但还是很冷，地上的积雪仍未融化。这种情况实际上是有好处的，因为可以从积雪中获取饮用水。”

研究人员主要研究岩石中的微体化石。这些微体化石产生于10亿至5.41亿年前的新元古代。科恩说：“发现这些化石的山坡非常陡峭，岩石大多松散。我们用岩石锤敲击岩石来收集样本。这真是一项危险又耗时的工作。”

科恩团队发现的微体化石形状各异，被认为是单细胞海洋真核生物。“我们认为，发现的每一种微体化石都不是独立的生物体，而是单细胞的一部分。这些微体化石就如同小装甲板一样包围着圆形单细胞。”科恩说。

他们使用高分辨率透射电子显微镜观察这些微体化石，发现它们主要是由磷灰石纤维晶体的复杂交织网络构成。研究人员由此得出结论，这些网络的复杂性证实了它们是因生物学而非地质过程产生的。

此外，岩石中铼元素和锇元素的同位素分析表明，这些化石的年龄约为8.1亿年，是迄今发现的最古老的真核生物矿化标本。科恩称，它们比之前的标本要早大約2亿年，“真核生物建造复杂生物矿化结构的时间要远早于我们认为的时间”。

这些生物体生存的世界与现今大为不同：几乎所有的生命都存在于水中，动植物都还未出现。但当时存在大量的微观真核生物，其中一些是藻类，类似于今天的红、绿色藻类，而另一些在现今已经没有了类似物，如科恩团队发现的神秘化石。

对化石周围岩石的分析表明，当这些真核生物活着时，海洋发生了化学变化，溶解在海水中的磷酸盐化合物增加。这有助于解释为何这些生物体可能产生了由磷酸盐矿物磷灰石构成的结构。科恩表示，当生物体及其环境随时间演化时，生物矿化就出现了，“我们可以据此推测生物体会利用这些磷进行生物矿化”。

这项研究还有助于在其他行星上定位化石存在的地方。例如，如果寻找主要由磷酸盐构成的化石，科学家会将重点放在以前或现在富含溶解磷酸盐的地区。

科恩说：“我们已经了解了很多此类生物矿化化石存在的条件。当开始探索像火星这样的地方以寻找潜在的化石生命证据时，这会非常有用。”

科恩团队未来的研究会侧重于在世界其他地方寻找此类化石。她说：“我也正致力探索这些化石为什么会在这里被保存下来，以及它们是如何被保存下来的，这将帮助我们在其他地方找到它们，并使我们更多地了解生物矿化化石如何被保存在古老的岩石中。”

“为何近2亿年来，我们再也看不到真核生物矿化的现象？” 科恩说，“是因为这些生物体灭绝了吗？那么，为什么其他生物体没有进化出这种能力呢？是因为海洋化学条件吗？日后还有很多诸如此类有趣的问题需要跟进。”endprint