發(fā)現(xiàn)生命的軌跡——化石中的碳元素分析 | 前沿應(yīng)用

不少收藏家熱衷于收藏古生物化石，因其且價格昂貴而具有價高的市場價值。但在科研人員的眼里，這不是一塊具有"市場價值"的“稀有石頭”，而是通往人類生命起源的探索通道。

然而，在這種稀有的、的、形成于人類地質(zhì)時期的生物和活動遺跡中，有什么是科研學(xué)者們探尋的？這一連細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)胞質(zhì)等物質(zhì)都已消失，DNA痕跡也蕩然無存的石頭內(nèi)部，還有什么能夠證明生命曾經(jīng)的存在？

也許是細(xì)胞壁？又或者，是細(xì)胞壁中的碳？

圖片來源：Pixabay

地球早期生命的探尋

科學(xué)家可以追溯到35億年前地球上的生命,甚至有一些跡象表明,早在38億年前地球上就存在生命了。然而，如何找到這些生命存在的直接證據(jù)呢？

其實我們已經(jīng)找不到幾十億年前活著的生命了，因為它們早已被分解為各種化學(xué)元素。但科學(xué)家們也并非毫無辦法，他們可以通過觀察古老的巖石——這一早期地球的記錄，來尋找這些生命存在的直接證據(jù)。

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查亞和他的同事們就是通過這樣的方式來尋找答案，巖石中的微生物化石以及它們的元素、化學(xué)特征及其同位素豐度能夠證明生命曾經(jīng)真實地存在過。

安德魯·查亞

辛辛那提大學(xué)的地質(zhì)學(xué)教授，專注于古生物學(xué)--古代生命的研究

生命的標(biāo)識——碳

為什么科學(xué)家們要尋找化石遺跡？

因為化石中不僅充滿了因巖石和水相互作用而形成的礦物，還存在細(xì)菌細(xì)胞壁所留下的碳特征。雖然細(xì)胞的內(nèi)部早已被大自然吞噬了，與之相隨的DNA痕跡也蕩然無存，但由碳分子組成的細(xì)胞壁有時會被保存下來，所以碳也是表明生命存在過的化學(xué)特征之一。

像查亞這樣的科學(xué)家就把那些他們認(rèn)為已經(jīng)足夠古老、且有早期生命證據(jù)的巖石帶回實驗室，將這些巖石標(biāo)本切割成僅有人類頭發(fā)絲厚度的薄片，然后分析這些切片以尋找微小細(xì)菌的存在。

存有化石的巖石

要知道，細(xì)菌存在的痕跡非常不明顯，一個很大的細(xì)菌細(xì)胞也僅為人類頭發(fā)絲寬度，它的長度從幾微米到一百微米不等。細(xì)菌的形狀通常也很簡單，呈棒狀或球狀，并沒有很多可供識別的特征。

面對如此細(xì)微的細(xì)菌痕跡，地質(zhì)學(xué)家如何讓人們相信他們發(fā)現(xiàn)的確實是一個曾經(jīng)活著的生命的化石？他們需要提供更有力的證據(jù)，而生命體化石成分中的碳原子就是這樣的證據(jù)。

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識別化石中的有機碳

我們已經(jīng)知道化石中的碳原子是生命存在的重要標(biāo)識，然而，如何驗證化石中的有機碳呢？

查亞使用拉曼光譜儀來識別化石，他使用的是HORIBA 的T64000三光柵拉曼光譜儀。“你可以把含有化石的巖石薄片放在拉曼光譜儀搭配的顯微鏡物鏡之下，把激光聚焦在上面，通過顯示的光譜，我能知道細(xì)菌是否存在有機碳。”

利用儀器進行的拉曼光譜成像, 能對材料空間定位，終能繪制出一張地圖，地圖上顯示棕色的地方，就是細(xì)菌中具備碳特征的部位。由此得出化石中是否曾經(jīng)存在過生命。

還可以利用T64000制作三維地圖，因為球形細(xì)菌中的有機碳球很難用顯微鏡下的二維圖片來展示，而三維地圖可以。

HORIBA T64000高性能拉曼光譜儀

注：如需了解該研究中HORIBA T64000光譜儀的詳細(xì)介紹及使用問題，可點擊左下角“閱讀原文”，資深工程師將為您答疑解惑。

尋覓地球之外的生命

科學(xué)家們正在努力了解地球上的生命歷史，這也促進了其他行星上生命的探索。目前的火星探索——好奇號火星探測車發(fā)射于2012年, 主要是為了尋找可能存在過生命的環(huán)境——有液態(tài)水存在的地方。

科學(xué)家們希望能夠找到這樣的環(huán)境, 進而探索其地質(zhì)情況, 以尋找早期生命存在的直接證據(jù)。這一任務(wù)很可能在下一次火星探測任務(wù)——火星 2020計劃中完成，那時候，收集到的樣本將被帶回地球?qū)嶒炇疫M行研究。

除了火星，科學(xué)家們也在研究木星。

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為何尋找地球外的生命？

科學(xué)家們認(rèn)為這可以加深我們對自己的了解。我們可以把我們有關(guān)早期地球的知識, 應(yīng)用于其他行星, 特別是火星, 因為火星與地球相似，甚至可以認(rèn)為, 幾十億年前的火星也許就像地球一樣。

“如果我們發(fā)現(xiàn)了火星或太陽系其他地方存在過生命的證據(jù)，而這些生命又擁有跟地球上生命相同的生物化學(xué)規(guī)律，那意味著：我們很可能擁有共同的起源。由此表明：生命其實很容易進化，宇宙的每個角落都可能存在生命。”。查亞如是認(rèn)為。

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除了乘坐飛船來到地球的外星人之外, 宇宙中還有什么？也許是生命的化學(xué)特征？也許是單細(xì)胞類型的生物？也許古老的地球也曾經(jīng)存在過這些生物？

尋找這些問題的答案是許多科學(xué)家探尋其他星球的原因，人類對于地球歷史和宇宙起源的探索從未停止。

對人們來說，這樣的探索是一個挑戰(zhàn)，無論是從宇宙的星球還是從遠古化石中的碳元素，然而這樣的探索卻會停止。

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