我國科學家揭示生命與地球環境演變新線索

細菌化石是指保存在巖石中的細菌遺體或其活動留下的痕跡。4月12日，記者從西北大學早期生命與環境研究團隊獲悉，該團隊與中國科學院地質與地球物理研究所、上海交通大學等單位科學家合作，在5.18億年前的寒武紀清江生物群中發現多細胞結構的絲狀硫酸鹽還原細菌化石清江絲菌，并結合分子生物學分析結果，還原了硫酸鹽還原菌與地球環境協同演化歷史。相關研究成果日前發表在學術期刊《科學通報》（英文版）上。

在此之前，除了少數有特殊形貌的藍細菌化石和趨磁細菌磁小體化石外，在古老地質記錄中還沒有發現可靠的硫酸鹽還原細菌化石。硫酸鹽還原菌的演化與地球環境變化的關系，科學界也沒有明確的認識。

論文共同通訊作者、西北大學教授張興亮表示，硫酸鹽還原細菌是一類在厭氧條件下生活的微生物，它們利用硫酸鹽氧化有機碳來獲取能量，并在此過程中將硫酸鹽還原產生代謝產物硫化氫。這些細菌在環境科學、生態學和工業領域中都具有極為重要的意義。它們是地球硫循環的關鍵推動者，通過還原硫酸鹽參與到硫的生物地球化學循環中，影響硫在不同價態和形態間的轉化。同時，它們也參與有機質的分解和甲烷氧化等過程，從而調節海洋的氧化還原狀態和溫室氣體排放。

研究團隊根據化石證據和譜系基因組學分析結果，提出硫酸鹽還原菌與地球氧化事件協同演化假說，認為脫硫細菌門首先在24億年前的大氧化事件期間發生輻射演化，約8.5億年前演化出絲狀多細胞種類；在新元古代末期，地球第二次氧化事件導致海底廣泛氧化，絲狀種類約在5.6億年前獲得傳導電子功能，硫酸鹽還原通路逆轉，演化成可以跨越氧化還原界面，一端在還原帶氧化硫，另一端在氧化帶還原氧的電纜細菌。

清江絲菌化石的多細胞絲狀體形態。（a，b）清江絲菌的多細胞絲狀體長鏈；（c）同一絲體相鄰細胞內黃鐵礦微晶的晶型和大小可發生變化；（d）酸處理后的清江絲菌顯示完整的棒狀細胞形態；（e）一枚嵌入在泥質圍巖中的棒狀細胞；（f）一截四連體細胞，在部分細胞的中間部位可見細胞分裂形成的淺溝（箭頭）；（g）同一絲體上細胞寬度基本恒定，長度變化不一，并且在細胞鏈接處明顯收縮。（a–c，g）：掃描電鏡二次電子圖像；（d–f）：掃描電鏡背散射電子圖像

論文共同通訊作者、中國科學院地質與地球物理研究所研究員李金華表示，這項研究是古生物學、地球化學、譜系基因組學交叉合作的結果，同時借助了多種高分辨率、高精度顯微和微區原位分析技術，是在多學科交叉背景下探究微生物硫酸鹽還原作用與地球環境協同演化的首次嘗試，對融合利用顯微學和基因組學等最新技術、促進地學與生物學前沿交叉、探索解決地球與生命協同演化等具有重要意義。

“結合分子生物學對不同譜系微生物起源演化時間預測，在古老地質記錄中找到可靠的微生物化石證據，是當下天體生物學的重要研究課題。”論文的共同通訊作者、上海交通大學副教授王寅炤認為，這項研究能夠為科學家探討“生命在火星等其他行星上的存在、演化的可能性研究”提供參考，為人類尋找地外生命提供了一種可能的途徑。

（西北大學早期生命與環境研究團隊供圖）

（原題：我國科學家發現古老細菌化石 揭示生命與地球環境演變新線索）