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探寻古老岩石与行星上生命的轨迹 |前沿应用

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人类对于地球历史和宇宙起源的探索从未停止,我们总想知道地球上的生命是如何开始的,我们是孤单的吗,其他星球上还有其他生命吗……?了解我们的起源和我们所处的位置一直是人类的愿望。因此,科学家们不仅在地球上寻找生命的起源,也在太阳系中不停找寻其他生命存在的证据。


 “我们有理由对地球乃至太阳系的行星保持好奇,因为那是我们生命开始的地方。”安德鲁·查亚如是说道,他是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。


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。但是科学家们已经无寻找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。然而,科学家们也并非毫无办法,他们可以通过观察古老的岩石——这一早期地球的唯 一记录,来寻找这些生命存在的直接证据


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。


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安德鲁·查亚教授


从化石遗迹中寻找生命的标识


化石遗迹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里面的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

查亚把已经足够古老、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。


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古老岩石检测


然而,细菌存在的痕迹并不不明显。一个很大的细菌细胞也仅为人类头发丝宽度,通常,它们的长度从几微米到一百微米不等。同时细菌的形状也不多,几乎只有呈棒状或球状,因此没有很多可供识别的特征。


所以面对如此细微的细菌痕迹,地质学家们需要提供更有力的证据——生命体化石成分中的碳原子,让人们相信这确实是一个曾经活着的生命的化石。如何验证化石中的有机碳成为了重要途径。


查亚使用拉曼光谱仪来识别化石,“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。同时,查亚通过拉曼光谱仪制作三维地图,解决了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的问题。


向太空出发寻找生命


科学家们除了正在努力了解地球上的生命历史,同时也在探寻其他行星上的生命可能性索。火星和木星是科学家们目前研究的重 点行星。

那么,为何要寻找地球之外的生命?


了解其他行星这有利于加深人类对自我的了解。因为火星与地 球最 相似,也许几十亿年前的火星也许就像此刻的地球,所以火星成为了首批研究的对象。“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。这些都表明:生命其实很容易进化,宇宙的每个角落都可能存在生命”。查亚这样认为。


寻找生命存在的证据,成为了许多科学家探寻其他星球的原因。

而对所有人类来说,生命起源的探索是一个挑战,无论是从远古化石中的碳元素还是宇宙中的其他星球,探寻的脚步永远不会停歇。


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