【地质用品店】科学家们在海底下的地幔岩石中发现了古代微生物生命的证据

avatar 2019年11月17日19:17:23 评论 10

古老的微生物群落的痕迹被发现在地幔岩石样本从海底热液系统活跃1亿多年前在早白垩世-早白垩纪——两个主要部门的超级大陆泛大陆解体时,大西洋正要打开。这一发现发表在《美国国家科学院学报》上,证实了一个长期存在的假设地幔岩石和海水之间的交互可以创造潜力的生活即使在坚硬岩石下面的海底。

 

“我们最初在研究海水如何与地幔岩石相互作用,以及这个过程如何产生氢,”伍兹霍尔海洋研究所的首席作者弗里德·克莱因博士说。

 

“但在分析岩石样本的过程中,我们发现了富含有机物的包裹体,其中包含在周围矿物中石化的脂类、蛋白质和氨基酸。”

岩芯

这些岩石是由钻井船JOIDES Resolution上的海洋钻井项目发现的,它们来自地球上地幔,在加热的海水中发生了强烈的变化。岩石呈现出一种系统性的颜色变化,从生锈的棕色(顶部)到绿色和黑色(底部),反映了穿过流体混合带的化学梯度。这些化学梯度发挥了关键作用,支持微生物与化学能和底物,他们需要茁壮成长。在由方解石和水镁石组成的白色脉中发现了微生物化石。图片来源:海洋钻探计划。

 

【地质用品店】这项研究的重点是大约1亿2千5百万年前,当一个大裂谷分裂盘古大陆时,最初暴露在海水中的地幔岩石。裂谷最终演变成大西洋,把地幔岩石从地球内部拉到海底,在那里它们与海水发生化学反应,把海水变成热液流体。

 

热液的pH值可能很高,碳和电子受体被耗尽。这些极端的化学条件对微生物来说是具有挑战性的。

 

然而,热液中含有氢和甲烷,海水中含有溶解的碳和电子受体。所以当你把这两种物质按正确的比例混合,你就有了维持生命的原料。”

 

克莱因博士和他的同事分析的岩石样本最初是在1993年从西班牙和葡萄牙海岸附近的伊比利亚大陆边缘钻取的。

 

在那次探险中,科学家们钻穿了2300英尺(700米)的沉积在海底的泥浆和沉积物,到达了泛大陆分裂和大西洋开放期间形成的古代海底。在克莱因博士的研究小组开始调查并发现这些微生物化石之前,这些样本已经在室温下保存了20多年。

 

细菌和古生菌的菌落以海水和热液的混合物为食,并被生长在断裂岩石中的矿物质所吞没。这使他们完全与环境隔绝。这些矿物质被证明是这些生物的终极储藏容器,它们的脂质和蛋白质保存了超过1亿年,”克莱因博士说。

 

在实验室里,由于岩芯的外部是在非无菌条件下储存的,因此必须从岩石内部提取样本。因此,科学家们采取了谨慎的步骤,以确保样品内部的完整性不受损害,然后用显微镜、共焦拉曼光谱仪和一系列同位素技术分析岩石。

 

虽然拉曼光谱使研究小组能够验证样品中氨基酸、蛋白质和脂类的存在,但它并没有提供足够详细的信息来将它们与其他热液系统联系起来。

成因模式图

大约1亿年前,富含氢和甲烷的热液与低于海底65米的海水混合。这个过程支持了细菌和古生菌,科学家们称之为地幔岩石中的深层生物圈。研究表明,在这个似乎不适宜居住的环境中,微生物的生存条件近乎理想。图片来源:杰克·库克,伍兹霍尔海洋研究所/罗恩·布莱克,科罗拉多高原地理系统。

脂质是研究人员特别感兴趣的,因为它们往往在较长的时间尺度内保存得更好,并已在广泛的海底环境中进行了研究。他们通过先进的液相色谱质谱联用系统对脂质进行分离和鉴定。

分析得出了一个惊人的发现:来自伊比利亚半岛边缘的脂质与来自迷失之城的热液油田的脂质相匹配,后者是2000年在由whoi操作的研究船亚特兰蒂斯号上的一次探险中在大西洋中脊发现的。

 

这一发现意义重大,因为科学家们认为,失落之城与早期地球上的古代热液系统类似。

 

克莱因博士说:“证实在海底深处的地幔岩石中存在生命是可能的,这可能对了解海底下不同地质环境中的生命具有重要意义。”

 

【地质用品店】“驱动这些生态系统的所有必要成分都是完全从零开始的。类似的系统可能在地球的大部分历史中一直存在到今天,也可能存在于其他含水的岩状行星上,比如木星的卫星欧罗巴。”

这一结果强化了这样一种观点,即任何有水的地方都有生命的出现,即使是在看似恶劣的地质环境中——这是一个诱人的前景,因为科学家们在太阳系的其他地方发现了越来越多的水。

 

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