東京大學打開20億年的“時間膠囊”講述生命奇跡

這塊岩石中發現的古代微生物可能是尋找火星及其他星球生命的關鍵。 圖片來源：日本東京大學

在宇宙的宏大時間線上，人類的存在隻不過是一瞬。然而，微生物的世界遵循著一套截然不同的法則。

例如，2020年，科學家成功復活了距今已有1億年歷史的微生物，使其成為科學界已知的最古老微生物。最近的《微生物生態學》雜志報道稱，日本東京大學科學家打開了從南非東北部布什維爾德火成岩雜岩體採集的豐富礦藏，驚訝地發現，樣本中包含著20億年前就存在的微生物！由於這些微生物處於極端隔離狀態，幾乎沒有表現出進化方面的變化，因此為研究地球的遙遠歷史和地外生命提供了寶貴線索。

已知最古老微生物“現身”

研究團隊在地下15米處取得了一個30厘米長的岩芯樣本，並將其切割成薄片，發現樣本中的黏土十分密集，微生物無法離開，其他物質也無法進入，從而有效地將微生物保存了數十億年之久。

要想揭開這些隱藏了數十億年的微生物的秘密，僅僅用確定生物年齡和起源的方法還不夠，必須在此基礎上進行拓展。於是，研究團隊又結合了3種成像方法——電子顯微鏡、熒光顯微鏡和紅外光譜分析，以確認這些微生物是真的如此古老，還是在挖掘和分析過程中從外界帶入的污染。

為確保樣本在提取過程中未受污染，研究團隊首先使用光學光熱紅外光譜儀檢測了微生物，隨后用綠色溶液對它們細胞的DNA進行染色，觀察了微生物的蛋白質以及它們周圍的黏土棲息地。他們認為，這些微生物確實生活在裂縫樣本中，而且是那裡的“本地”生物。

然后，他們利用掃描電子顯微鏡和熒光顯微鏡技術對樣本進行了檢查。這種三管齊下的方法讓他們最終確定，這些微生物確實已被岩石困住達20億年之久。他們在論文中報告：“這是迄今為止在古代岩石中發現的、最古老的活微生物的例子。”

岩層環境阻止微生物進化

這些微生物之所以在這裡一直繁衍生息，很大程度上可能要歸功於它們的棲息地——南非東北部的布什維爾德火成岩雜岩體。這是一個面積約4.1萬平方公裡的區域，以豐富的礦藏而著稱，全球已開採的鉑金中，約70%就來自這裡。數十億年前，地下深處厚達9000多米的區域，岩漿逐漸冷卻凝固，從而形成了這片岩石侵入體。

自形成以來，這些岩層基本保持不變，一些古老的微生物生命得以在其中“扎根”並繁衍生息。同時，黏土沉積物覆蓋了這些裂縫附近的一切空隙，將微小的生物困在裡面，同時阻止其他任何物質進入。

研究人員推測，這樣的環境如同一個“時間膠囊”，為微生物生命的持續提供了穩定環境，使其以極慢的速度延續，幾乎沒有任何進化上的改變。

科學家認為，近年來，地下微生物學的研究進展表明，盡管岩石與水相互作用提供的能量十分有限，但有著數百萬年歷史的火成岩仍然具有宜居性。地下生態系統中，生物進化微乎其微，且代謝速率極低，因此，時空穩定的火成岩能夠在地質時間尺度上維持微生物的生存。

為尋找外星生命提供新線索

這篇論文的主要作者庸平鈴木之前曾分析過在海底發現的、曾被認為是最古老的地質層，其歷史可追溯至1億年前。然而，此次新樣本讓人們得以一窺更遙遠的過去——20億年前。這引發了一個誘人的問題：地球以外的生命是否可能存在於古老岩石的裂縫中？

這些古老的微生物在沒有陽光的環境下生存，通過與周圍礦物的化學反應來獲取能量。這種生存機制可能為探索其他天體（如火星或木衛二等衛星）表面之下是否存在生命提供了寶貴線索。

鈴木稱：“美國國家航空航天局（NASA）的‘毅力號’火星車正在收集一些岩石樣本，與我們這項研究中所用的岩石年齡相似。我們能在20億年前的地球樣本中發現微生物生命，並能確認其真實性，這讓人們對可能在火星樣本中找到的東西感到興奮。”

鈴木團隊認為，這項新研究將有助於指導外星樣本的研究。美國《大眾機械》雜志網站報道稱，盡管按照NASA目前的計劃，火星樣本要到2040年，甚至可能更晚才會被帶回地球，但地球以外存在生命，至少是微生物生命的可能性正變得越來越大。