在地球歷史的大部分時間裡,生命僅限於微觀領域,細菌幾乎佔據了所有可能的資源。人們普遍認為,生命是在一些最極端的環境中進化的,如海洋深處的熱液噴口或黃石公園 的溫泉。我們對生命進化的大部分了解來自岩石記錄,該記錄儲存了數十億年前罕見的細菌化石。但這一記錄充滿了爭議,每個新發現都從各個角度(理所當然地)批評、質疑和分析。即使這樣,所謂的化石是否是生命的痕跡的不確定性仍然存在,該領域仍受到早期生命的“假證據”的困擾。為了瞭解我們星球上的進化,並幫助找到其他的生命跡象,科學家必須能夠分辨出區別。
科米迪斯說,一個大問題是化石是一種非常簡單的形態,有很多非生物過程可以複製它們。如果你發現一個完整的恐龍骨骼,這是一個非常複雜的結構,化學過程不可能複製。對微生物化石有這種確定性要困難得多。
幾年前,科斯米迪斯和尼姆斯在亞歷克西斯·坦普爾頓的實驗室工作時都參與了這一意外發現,這促使了他們的工作。在混合有機碳和硫化物時,他們注意到球體和細絲正在形成,並假設它們是細菌活動的結果。但經過更仔細的檢查,科斯米迪斯很快意識到它們是非生物形成的。她說,很早就注意到這些東西在化學和形態上看起來都很像細菌。
研究人員克里斯蒂娜·尼姆斯說,它們一開始看起來像實驗容器底部的殘留物,但在顯微鏡下,你可以看到這些看起來像微生物的美麗結構。它們是在這些非常無菌的條件下形成的,因此這些令人驚歎的特徵基本上是無中生有的。這真的很令人興奮。”
我們想,‘如果它們可以在自然環境中形成呢?’如果它們可以儲存在岩石中呢?”科斯米迪斯說。我們必須嘗試一下,看看它們是否可以被化石化。
尼姆斯開始進行新的實驗,測試這些被稱為生物形態的非生物結構是否可以像細菌一樣化石化。透過在二氧化矽溶液中新增生物形態,它們旨在重現chert的形成,chert是一種富含二氧化矽的岩石,通常儲存早期微化石。幾周來,她會在顯微鏡下仔細跟蹤小規模的“化石化”進展。他們發現,它們不僅可以被化石化,而且這些非生物形狀比細菌殘留物更容易儲存。非生物“化石”由有機碳和硫磺組成,比脆弱的生物“化石”更具彈性,也不太可能變平。
科斯米迪斯解釋說,微生物沒有骨頭。他們沒有面板或骨架。它們只是軟質有機物。因此,為了儲存它們,您必須有非常特殊的條件”——例如光合作用率低和沉積物快速沉積——“因此當這種情況發生時,這種情況是罕見的。”
在某種程度上,他們的發現使事情變得複雜:知道這些形狀可以在沒有生命的情況下形成,並且比細菌更容易儲存,這通常會對我們的早期生活記錄產生懷疑。但有一段時間以來,地球生物學家比僅僅依靠形態學來分析潛在的微化石要好。他們也帶來了化學。
實驗室產生的“有機外殼”尼姆是在高硫環境中形成的,複製了早期地球(以及今天的溫泉)的條件。黃鐵礦,或“傻瓜的黃金”,是一種硫化鐵礦物,可能在這種條件下形成,因此它的存在可以用作潛在問題微化石的燈塔。科斯米迪斯說,如果你看看古代岩石,它們含有我們認為是微化石的東西,它們通常也含有黃鐵礦。對我來說,這應該是一個危險訊號:“讓我們在這裡更加小心。”我們並不是註定永遠無法分辨出真正的微化石是什麼。我們只需要做得更好。”