细菌化石展现出光合作用的最早迹象

蓝藻在数十亿年前“发明”了光合作用。如今，这些原绿球藻生活在海洋中。17.8 亿年前的化石揭示了一些古代细菌用来将阳光转化为食物的结构的证据。它们还会释放氧气。

古代微小化石可能蕴含着塑造世界的力量的早期迹象。这种力量就是光合作用。它释放氧气，帮助塑造我们的大气层。

蓝藻是地球上已知的最古老的生命形式之一。它们在数十亿年前“发明”了光合作用。在澳大利亚发现的新化石来自蓝藻。

和植物一样，这些微生物通过光合作用制造自己的食物。在此过程中，它们会将氧气作为废物排出。在大多数现代蓝藻（和植物）中，光合作用发生在特殊结构内。它们被称为类囊体（THY-luh-koyd）膜。新发现的化石细菌充满了与今天的类囊体非常相似的结构。

比利时列日大学的研究人员于 1 月 18 日在《自然》杂志上分享了他们的新发现。

这些化石可追溯到 17.3 亿至 17.8 亿年前。这使它们成为迄今为止发现的最古老的类囊体。它们的存在时间比之前的化石证据表明的早12亿年。

在此之前，我们的空气中只有零星的氧气。但经过数百万年的光合作用，地球的氧气含量猛增。科学家称之为大氧化事件。它发生在大约 24 亿年前。

这些细菌改变了地球的大气层。“所以它们意义重大，”伍德沃德·菲舍尔说。它们释放的氧气使植物和动物等更复杂的生命得以进化。菲舍尔研究早期地球的地质和生物学。他在帕萨迪纳的加州理工学院工作，没有参与这项新研究。

菲舍尔说，这些化石的发现令人惊喜，但也有好的一面。“我原以为我们无法从化石中获得这类信息。”

大多数化石都保存着坚硬的组织，如骨头或贝壳。细菌不含这种坚硬的物质。他指出，这些化石“只是碳的压缩物”，被挤压进泥土里。

因此，发现保存完好的细菌令人印象深刻。但更令人惊奇的是这些化石揭示的东西。

微生物内部结构复杂。菲舍尔表示，这些细节可以揭示更多有关古代生命生物学的信息。

稀有遗迹

类囊体究竟何时进化，一直存在激烈争论。在这项研究之前，研究人员不得不依赖间接证据。他们的线索来自遗传学和化学研究。

帕特里夏·桑切斯-巴拉卡尔多说，有一些迹象表明，这些化石形成时类囊体就已经存在了。她在英国布里斯托尔大学工作。在那里，她研究细菌和其他微小生命形式在数百万年甚至数十亿年中是如何变化的。

她说，看到如此古老的类囊体化石证据令人兴奋。她指出，任何来自如此遥远年代的证据“都很重要，因为化石记录确实非常稀少。”

许多可能蕴藏此类化石的岩石都曾被压缩和“烹煮”。这种压力会破坏细胞的脆弱结构。研究作者 Emmanuelle Javaux 指出，这包括类囊体。这位天体生物学家说：“我们不知道它们可以保存在如此古老的微化石中。”

但她对自己团队的发现毫不怀疑。她说，堆叠在香肠状细胞上的暗线代表类囊体。“这不可能是别的东西，”她争辩道。“这种排列对于具有类囊体的蓝藻来说非常独特。”

她的团队研究了来自世界各地的微化石。最古老的类囊体是在澳大利亚的页岩中发现的。该团队还在加拿大的化石中发现了这种结构。这些化石大约有 10 亿年的历史。

来自刚果的类似年代的化石缺乏类囊体。这些岩石的温度比其他岩石略高。这可能摧毁了任何类囊体存在的证据。或者刚果化石可能是从未进化出这种结构的蓝藻。它们可能是完全不同的微生物。

一些研究人员认为类囊体进化的时间甚至更早——在大氧化事件之前。大量的类囊体可能帮助细菌制造出更多的氧气。

当这些现已变成化石的细菌生存时，地球的大气层又发生了变化。氧气含量急剧下降。桑切斯-巴拉卡尔多说，那时空气中的氧气比现在少得多。但这些化石暗示，可能存在氧气丰富的小区域。这可能有助于早期植物和动物的进化。

Javaux 的团队希望研究真正古老的岩石——大氧化事件之前的岩石。他们正在寻找更古老的类囊体证据。