地球科学教授ジョンバレー（左）と研究科学者の北島浩樹は、ウィスコンシン州の二次イオン質量分析計ラボ（WiscSIMS）のウィークスホールで共同研究を行っています。写真：Jeff Miller
UCLAとウィスコンシン大学マディソン校の研究者は、西オーストラリアの35億年近く前の岩片で発見された微視的な化石が最も古い化石であることを確認しました。これまでに発見され、実際に地球上の生命の最も初期の直接的な証拠。
スライバーを含むエポキシマウント西オーストラリアのアペックスチャート鉱床からの約35億年前の岩石の写真は、ウィスコンシン二次イオン質量分析計ラボ（WiscSIMS）のウィークスホールにあります。写真：Jeff Miller
2017年12月18日に全米科学アカデミーの議事録で公開されたこの研究は、UCLAの古生物学教授であるJ. WilliamSchopfとJohnが主導しました。ウィスコンシン大学マディソン校の地球科学教授、W。バレー。この研究は、UW-マディソンWiscSIMS研究所の研究者によって開発された新しい技術と科学的専門知識に依存していました。
この研究では、5つの別々の分類群からの11の微生物標本について説明し、それらの形態を生命の特徴である化学的特徴に関連付けています。古細菌と呼ばれる生命の領域からの現在絶滅した細菌や微生物を表すものもあれば、今日でも見られる微生物種に類似しているものもあります。調査結果は、それぞれが無酸素惑星でどのように生き残ったかもしれないことも示唆しています。
アペックスチャートから回収された岩石のサンプルで発見された微化石の1つ。新しい研究では、高度な化学分析を使用して、岩石に見られる微細構造が生物学的であることを確認しました。 J. WilliamSchopfの厚意による
微化石は、肉眼でははっきりしないために呼ばれ、1993年にSchopfと彼のチームによってScience誌に最初に記載されました。主に化石のユニークな円筒形と糸状の形状に基づいています。 UCLAの進化と生命の起源の研究センターの所長であるSchopfは、2002年に彼らの生物学的アイデンティティのさらなる裏付けとなる証拠を発表しました。
彼は、1982年に化石が見つかった岩をApexから収集しました。西オーストラリアのチャート堆積物。初期の地球の地質学的証拠が保存されている地球上で数少ない場所の1つです。これは主に、プレートテクトニクスによる埋没や極端な加熱など、地球を変化させるような地質学的プロセスにさらされていないためです。活動。
しかし、Schopfの以前の解釈には異議が唱えられています。批評家は、それらは生物学的標本のように見えるだけの奇妙な鉱物であると主張しました。しかし、バレーは、新しい発見はこれらの疑問を静めると言います。微小化石は確かに生物学的です。
「落ち着いたと思います」と彼は言います。
UW-マディソンでIMS1280と呼ばれる二次イオン質量分析計（SIMS）を使用します。バレーと彼のチーム（部門の地球科学者である北島幸樹とマイケル・スピクザを含む）は、各化石を構成する炭素を構成する同位体に分離し、それらの比率を測定することができました。
同位体は質量が異なる同じ化学元素の異なるバージョン。岩石、微生物、動物など、さまざまな有機物質には、安定した炭素同位体の特徴的な比率が含まれています。
SIMSを使用して、Valleyのチームはからかうことができました。各化石内の炭素13から炭素12を分離し、既知の炭素同位体標準およびそれらが検出された岩石の化石のない部分と比較した2つの比率を測定します。
“炭素同位体比の違いはそれらの形状と相関しています」とValley氏は言います。 「それらが生物学的でない場合、そのような相関関係の理由はありません。それらのC-13対C-12比は、生物学および代謝機能の特徴です。」
地球科学の教授であるジョンバレーは、ウィークスホールの彼のオフィスで撮影されています。写真：Jeff Miller
この情報により、研究者たちは岩の中に閉じ込められた化石にアイデンティティとおそらく生理学的行動を割り当てることもできた、とバレーは言います。結果は「これらは原始的ですが多様な生物のグループです」とSchopfは言います。
チームは、太陽に依存してエネルギーを生成する光栄養細菌、メタンを生成するArchaea、および酸素の前に地球の初期大気の重要な構成要素であると考えられているメタンを消費するガンマプロテオバクテリアなど、複雑な微生物のグループを特定しました存在していました。
UW–マディソンの地球科学研究者が2010年にアペックスチャートへのフィールドトリップを行いました。世界で最も古く、最も保存状態の良い岩石鉱床の1つである西オーストラリア。ジョンバレーの礼儀
バレーのチームが微化石を正確に分析するプロセスを開発するのに10年近くかかりました。この古くて珍しい化石は、これまでSIMS分析を受けたことがありません。この研究は、WiscSIMSでの以前の成果に基づいて、SIMS機器を変更し、サンプルの準備と分析のプロトコルを開発し、炭化水素含有量を対象のサンプルにできるだけ一致させるために必要な標準を較正します。
SIMS分析の準備として、チームは元のサンプルをできるだけゆっくりと細心の注意を払って粉砕し、繊細な化石自体を露出させる必要がありました。これらはすべて岩石内のさまざまなレベルに浮遊し、石英の硬い層に包まれており、実際に破壊することはありません。 Spicuzzaは、地球科学技術者のBrian Hessが、サンプル内の各微化石を一度に1マイクロメートルずつ研磨して研磨するときに、部門の階段を何度も上下に移動することを説明しています。
各微化石の幅は約10マイクロメートルです。そのうちの8つは、人間の髪の毛の幅に沿って収まる可能性があります。
バレーとショプフは、NASA宇宙生物学研究所が資金提供するウィスコンシン宇宙生物学研究コンソーシアムの一部であり、起源と未来を研究して理解するために存在しています。地球上および宇宙全体の生命の性質。
「エイペックスの化石はごちゃごちゃしています。見つけるのが難しい。研究するのが難しい。それらは豊富であるが焦げている、細かく刻まれている、過度に調理されている。小さな断片は一般的であるが一般的には説明がない。短い2つまたは3つの細胞の断片はまれで見落とされやすい。多くの細胞の標本はガンフリントやビタースプリングスの堆積物のように、「保存状態の良い」と呼ばれる可能性のある化石は存在しません。これらの残骸はそれほど古くはなく、あまり注目に値しないでしょう。」
—J .William Schopf、「CradleofLife」
このような研究は、Schopfによると、人生は一般的なものである可能性があることを示しています宇宙を痛風。しかし重要なのは、ここ地球上では、35億年前までにいくつかの異なる種類の微生物がすでに存在していることが示されたため、「生命はかなり早く始まっていなければならなかった。どれだけ早く始まったかは誰にもわからない。そしてそれが難しくないことを確認している」原始的な生命が形成され、より高度な微生物に進化するために」とSchopfは述べています。
2001年にさかのぼるValleyと彼のチームによる初期の研究では、地球上に液体の水の海が早くも43億個存在したことが示されています。数年前、本研究の化石が生きていたのは8億年以上前であり、地球が形成されてからわずか2億5000万年後です。
「生命が43億年前に存在したという直接的な証拠はありません。しかし、それができなかった理由はありません」とバレーは言います。 「これは私たち全員が知りたいことです。」
UW–マディソンには、地球上の先カンブリア時代の受け入れられた日付を延期するという遺産があります。1953年、故スタンレータイラーは1963年に57歳で亡くなった大学は、先カンブリア時代の岩石で微化石を発見した最初の人物でした。これにより、生命の起源は5億4000万年前から18億年前まで10億年以上前に戻りました。
「人々は地球上の生命が最初に出現したときに本当に興味を持っています」とバレーは言います。 「この研究は、私が最初に想像したよりも10倍の時間がかかり、困難でしたが、初日からこれに興奮している多くの献身的な人々のおかげで実を結びました…サンプルに対してもっと多くの微化石分析が行われると思います
この研究は、ウィスコンシン大学マディソン校のNASA宇宙生物学研究所と、UCLAの進化と生命の起源の研究センターによってサポートされました。WiscSIMS National Science Foundation（EAR-1355590）とUW–Madisonによってサポートされています。