发现生命的轨迹——化石中的碳元素分析 | 前沿应用

2020-12-11 16:23:28, HORIBA HORIBA（中国）

不少收藏家热衷于收藏古生物化石，因其稀少且价格昂贵而具有价高的市场价值。但在科研人员的眼里，这不是一块具有"市场价值"的“稀有石头”，而是通往人类生命起源的探索通道。

然而，在这种稀有的、不可再生的、形成于人类史前地质时期的生物和活动遗迹中，有什么是科研学者们探寻的？这一连细胞内部的细胞质等物质都已消失，DNA痕迹也荡然无存的石头内部，还有什么能够证明生命曾经的存在？

也许是细胞壁？又或者，是细胞壁中的碳？

图片来源：Pixabay

地球早期生命的探寻

科学家可以追溯到35亿年前地球上的生命,甚至有一些迹象表明,早在38亿年前地球上就存在生命了。然而，如何找到这些生命存在的直接证据呢？

其实我们已经找不到几十亿年前活着的生命了，因为它们早已被分解为各种化学元素。但科学家们也并非毫无办法，他们可以通过观察古老的岩石——这一早期地球的记录，来寻找这些生命存在的直接证据。

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查亚和他的同事们就是通过这样的方式来寻找答案，岩石中的微生物化石以及它们的元素、化学特征及其同位素丰度能够证明生命曾经真实地存在过。

安德鲁·查亚

辛辛那提大学的地质学教授，专注于古生物学--古代生命的研究

生命的标识——碳

为什么科学家们要寻找化石遗迹？

因为化石中不仅充满了因岩石和水相互作用而形成的矿物，还存在细菌细胞壁所留下的碳特征。虽然细胞的内部早已被大自然吞噬了，与之相随的DNA痕迹也荡然无存，但由碳分子组成的细胞壁有时会被保存下来，所以碳也是表明生命存在过的化学特征之一。

像查亚这样的科学家就把那些他们认为已经足够古老、且有早期生命证据的岩石带回实验室，将这些岩石标本切割成仅有人类头发丝厚度的薄片，然后分析这些切片以寻找微小细菌的存在。

存有化石的岩石

要知道，细菌存在的痕迹非常不明显，一个很大的细菌细胞也仅为人类头发丝宽度，它的长度从几微米到一百微米不等。细菌的形状通常也很简单，呈棒状或球状，并没有很多可供识别的特征。

面对如此细微的细菌痕迹，地质学家如何让人们相信他们发现的确实是一个曾经活着的生命的化石？他们需要提供更有力的证据，而生命体化石成分中的碳原子就是这样的证据。

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识别化石中的有机碳

我们已经知道化石中的碳原子是生命存在的重要标识，然而，如何验证化石中的有机碳呢？

查亚使用拉曼光谱仪来识别化石，他使用的是HORIBA 的T64000三光栅拉曼光谱仪。“你可以把含有化石的岩石薄片放在拉曼光谱仪搭配的显微镜物镜之下，把激光聚焦在上面，通过显示的光谱，我能知道细菌是否存在有机碳。”

利用仪器进行的拉曼光谱成像, 能对材料空间定位，最终能绘制出一张地图，地图上显示棕色的地方，就是细菌中具备碳特征的部位。由此得出化石中是否曾经存在过生命。

还可以利用T64000制作三维地图，因为球形细菌中的有机碳球很难用显微镜下的二维图片来展示，而三维地图可以。

HORIBA T64000高性能拉曼光谱仪

注：如需了解该研究中HORIBA T64000光谱仪的详细介绍及使用问题，可点击左下角“阅读原文”，HORIBA工程师将为您答疑解惑。

寻觅地球之外的生命

科学家们正在努力了解地球上的生命历史，这也促进了其他行星上生命的探索。目前的火星探索——好奇号火星探测车发射于2012年, 主要是为了寻找可能存在过生命的环境——有液态水存在的地方。

科学家们希望能够找到这样的环境, 进而探索其地质情况, 以寻找早期生命存在的直接证据。这一任务很可能在下一次火星探测任务——火星 2020计划中完成，那时候，收集到的样本将被带回地球实验室进行研究。

除了火星，科学家们也在研究木星。

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为何寻找地球外的生命？

科学家们认为这可以加深我们对自己的了解。我们可以把我们有关早期地球的知识, 应用于其他行星, 特别是火星, 因为火星与地球最相似，甚至可以认为, 几十亿年前的火星也许就像地球一样。

“如果我们发现了火星或太阳系其他地方存在过生命的证据，而这些生命又拥有跟地球上生命相同的生物化学规律，那意味着：我们很可能拥有共同的起源。由此表明：生命其实很容易进化，宇宙的每个角落都可能存在生命。”。查亚如是认为。

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除了乘坐飞船来到地球的外星人之外, 宇宙中还有什么？也许是生命的化学特征？也许是单细胞类型的生物？也许古老的地球也曾经存在过这些生物？

寻找这些问题的答案是许多科学家探寻其他星球的原因，人类对于地球历史和宇宙起源的探索从未停止。

对人们来说，这样的探索是一个挑战，无论是从宇宙的星球还是从远古化石中的碳元素，然而这样的探索却永不会停止。

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