由倫敦大學學院（UCL）研究人員領導的一項新研究表明，至少在37.5億年前，地球上就存在着多樣化的微生物生命，這對生命起源的傳統觀點提出了挑戰。在這項發表在《科學進展》上的研究中，研究小組分析了來自加拿大魁北克省的一塊拳頭大小的岩石，估計其年齡在37.5到42.8億年之間。在早期的《自然》雜誌論文中，研究小組在岩石中發現了微小的絲狀物、旋鈕和管狀物，它們似乎是由細菌製造的。
然而，並不是所有的科學家都同意這些結構是源於生物的–這比人們普遍認為的古代生命的第一個跡象早了大約3億年。
現在，在對岩石進行廣泛的進一步分析之後，研究小組發現了一個更大、更複雜的結構–一個一側有平行分支的莖，幾乎有一厘米長–以及數百個扭曲的球體，或橢圓體，與管和絲一起。
研究人員說，雖然可以想象其中一些結構是通過偶然的化學反應產生的，但帶有平行分支的”樹狀”莖很可能是生物起源，因為還沒有發現僅僅通過化學創造的結構。
該小組還提供了細菌如何以不同方式獲得能量的證據。他們在岩石中發現了礦化的化學副產品，這些副產品與古代微生物通過不涉及氧氣的光合作用形式以鐵、硫以及可能的二氧化碳和光為生的情況一致。
據研究人員稱，這些新發現表明，各種微生物生命可能已經存在於原始地球上，可能在地球形成后僅3億年。
主要作者Dominic Papineau博士（UCL地球科學、UCL倫敦納米技術中心、行星科學中心）說：“利用許多不同的證據，我們的研究強烈地表明，在37.5至42.8億年前，地球上存在着一些不同類型的細菌。”
“這意味着生命可能在地球形成后僅3億年就開始了。從地質學角度來看，這是很迅速的–大約是太陽繞銀河系旋轉一圈。”
“這些發現對地外生命的可能性有影響。如果在適當的條件下，生命出現得相對較快，這就增加了其他星球上存在生命的機會。”
在這項研究中，研究人員檢查了Papineau博士在2008年收集的來自魁北克省Nuvvuagittuq上地殼岩帶(NSB)的岩石。NSB包含了一些地球上已知的最古老的沉積岩，被認為是在熱液噴口系統附近鋪設的，海底的裂縫讓岩漿加熱的富鐵水通過。
研究小組將岩石切成和紙一樣厚的部分（100微米），以便仔細觀察微小的化石狀結構，這些結構是由赤鐵礦（一種氧化鐵或鐵鏽）構成的，並被石英包裹着。這些用鑲有鑽石的鋸子切割的岩石片，其厚度是研究人員先前切割的部分的兩倍以上，使研究小組能夠看到其中較大的赤鐵礦結構。
他們將這些結構和成分與更近期的化石以及今天位於熱液噴口系統附近的鐵氧化細菌進行了比較。他們在夏威夷附近的Loihi海底火山以及北冰洋和印度洋的其他噴口系統附近發現了與扭曲的細絲、平行的分支結構和扭曲的球體（不規則橢圓體）相當的現代結構。
除了在各種光學和拉曼顯微鏡（測量光的散射）下分析岩石標本外，研究小組還使用一台超級計算機對來自兩種高分辨率成像技術的數千張圖像進行了數字重建。第一種技術是微型CT，它使用X射線來觀察岩石內部的赤鐵礦。第二種是聚焦離子束，它將岩石切成微小的–200納米厚–的片狀，在每個片狀之間有一個集成電子顯微鏡拍攝圖像。
這兩種技術都產生了一系列圖像，用於創建不同目標的三維模型。然後，這些三維模型使研究人員能夠確認赤鐵礦絲是波浪形和扭曲的，並含有有機碳，這些都是現代食鐵微生物的共同特徵。
在他們的分析中，研究小組得出結論，赤鐵礦結構不可能是通過數十億年來岩石的擠壓和加熱（變質作用）產生的，他們指出，這些結構在較細的石英（受變質作用影響較小）中似乎比在較粗的石英（經歷了更多的變質作用）中保存的更好。
研究人員還觀察了充滿化石的岩石中的稀土元素含量，發現它們的含量與其他古代岩石標本相同。這證實了海底沉積物與周圍的火山岩一樣古老。
在這一發現之前，以前報道的最古老的化石是在西澳大利亞發現的，年代為34.6億年，不過一些科學家也對它們作為化石的地位提出了質疑，認為它們是非生物性的來源。