古代生命的奥秘：新方法揭示了早期细胞和代谢进化

分析化石是很困难的，尤其是当它们很小的时候，只能用显微镜才能看到。日本东北大学的研究人员提出了一个解决方案。

　　

化石并不总是像恐龙那么大。微化石指的是一种非常小的化石，只有用显微镜才能看到。这些微化石可以帮助我们了解早期生命形式何时以及如何发展出基本特征，最终使我们能够研究生命的进化。为了分析这些微化石，由东北大学Akizumi Ishida领导的研究小组与东京大学和高知大学的专家合作，开发了一种开创性的分析方法。

“为了分析微化石，科学家必须检测微量的关键元素，如磷和钼，”Akizumi Ishida解释说，“然而，到目前为止，这已经被证明是具有挑战性的。”

他们的工作重点是19亿年前的Gunflint微化石，这些微化石被称为微化石研究的“标准”。该团队采用了一种新颖的方法，将这些微化石固定在特殊涂层的玻璃载玻片(ito玻璃)上，允许使用光学和电子显微镜进行综合观察。

ITO玻璃是一种涂有一层薄薄的氧化铟锡(ITO)的玻璃板。这种金属氧化物导电涂层不仅适用于电子显微镜和次级离子质谱(SIMS)，而且还允许光学观察。由于其透明度，可以检查微化石的内部结构。

该方法还实现了微化石中微量元素的精确检测。换句话说，它能够清楚地检测出与背景“噪音”基本水平相比的真实数量。例如，磷也自然存在于沉积岩中，所以能够分辨出两者的区别很重要。

通过克服来自岩石的元素和用于安装化石的材料的干扰，研究人员通过使用纳米sims(高空间分辨率次级离子质谱仪)成功地确定了极低水平的磷和钼。该装置可以对除稀有气体外的几乎所有元素进行成像，具有小于一微米的超高空间分辨率。

他们对微化石轮廓上的磷进行了分析，发现这些古老的微生物已经有了与现代生物相似的磷脂细胞膜。此外，微化石体中钼的存在表明可能存在固氮代谢酶，这与先前将这些微化石确定为蓝藻的报道一致。

这一创新方案的独特之处在于它能够对同一样本提供一致的观察和分析。它为理解地球上的生命如何进化提供了重大进展，为古代微生物的细胞膜和代谢过程提供了直接证据。

该技术不仅适用于微化石，也适用于有机质含量极低的早期地球地质样品。它为分析更古老的地质时期开辟了道路。此外，它还扩展到微量元素，如铜、镍和钴，这些元素可以揭示代谢模式。这些发现有望为早期生命进化研究设定新的标准，并最终有助于回答有关生命何时何地起源以及如何在地球上进化的深刻问题。

这些发现发表在2024年9月20日的《科学报告》上。