지리 과학 교수 John Valley (왼쪽)와 Kouki Kitajima 연구 과학자가 Weeks Hall의 WiscSIMS (위스콘신 2 차 이온 질량 분석기 연구소)에서 공동 작업을 수행했습니다. 사진 : Jeff Miller
UCLA와 University of Wisconsin–Madison의 연구원은 서호주에있는 거의 35 억년 된 암석 조각에서 발견 된 미세한 화석이 가장 오래된 화석임을 확인했습니다. 지금까지 발견되었으며 실제로 지구상의 생명체에 대한 가장 초기의 직접적인 증거입니다.
조각이 들어있는 에폭시 마운트 웨스턴 오스트레일리아의 Apex 처트 광상에서 나온 거의 35 억년 된 암석의 사진이 Weeks Hall에있는 WiscSIMS (위스콘신 2 차 이온 질량 분석기 연구소)에 있습니다. 사진 : Jeff Miller
2017 년 12 월 18 일 국립 과학 아카데미 회보에 게재 된이 연구는 UCLA의 고생물학 교수 인 J. William Schopf와 John이 이끌었습니다. W. Valley, University of Wisconsin–Madison의 지구과학 교수. 이 연구는 UW–Madison WiscSIMS 실험실의 연구자들이 개발 한 새로운 기술과 과학적 전문 지식에 의존했습니다.
이 연구는 5 개의 개별 분류군에서 11 개의 미생물 표본을 설명하여 그들의 형태를 생명의 특징 인 화학적 특징에 연결합니다. 일부는 Archaea라는 생명 영역에서 현재 멸종 된 박테리아와 미생물을 대표하는 반면 다른 일부는 오늘날에도 여전히 발견되는 미생물 종과 유사합니다. 이 발견은 또한 각각이 산소가없는 행성에서 어떻게 살아남 았는지 시사합니다.
Apex Chert에서 회수 된 암석 샘플에서 발견 된 미세 화석 중 하나. 새로운 연구에서는 정교한 화학 분석을 사용하여 암석에서 발견되는 미세한 구조가 생물학적임을 확인했습니다. J. William Schopf 제공
미소 화석 (육안으로는 분명하지 않기 때문에 소위 불림)은 Schopf와 그의 팀에 의해 1993 년 Science 저널에 처음 설명되었으며이를 확인했습니다. 주로 화석의 고유 한 원통형 및 필라멘트 모양을 기반으로합니다. UCLA의 진화 및 생명의 기원 연구 센터의 소장 인 Schopf는 2002 년 생물학적 정체성에 대한 추가 증거를 발표했습니다.
그는 Apex에서 1982 년에 화석이 발견 된 암석을 수집했습니다. 초기 지구에 대한 지질 학적 증거가 보존 된 지구상 몇 안되는 장소 중 하나 인 서호주의 처트 퇴적물은 주로 판-접착으로 인한 매장 및 극심한 가열과 같은 지질 학적 과정을 거치지 않았기 때문에
그러나 Schopf의 초기 해석은 논쟁의 여지가 있습니다. 비평가들은 생물학적 표본처럼 보이는 이상한 광물 일 뿐이라고 주장했습니다. 그러나 Valley는 새로운 발견이 이러한 의심을 쉬게한다고 말합니다. 미세 화석은 실제로 생물학적입니다.
“정착 된 것 같습니다.”라고 그는 말합니다.
UW–Madison에서 IMS 1280이라고하는 2 차 이온 질량 분석기 (SIMS)를 사용합니다. 지구 과학자 Kouki Kitajima와 Michael Spicuzza를 포함한 Valley와 그의 팀은 전 세계에 이러한 도구 중 소수를 포함하여 각 화석을 구성하는 탄소를 구성 동위 원소로 분리하고 비율을 측정 할 수있었습니다.
동위 원소는 다음과 같습니다. 질량이 다른 동일한 화학 원소의 서로 다른 버전. 암석, 미생물 또는 동물 등 다양한 유기 물질에는 안정된 탄소 동위 원소의 특징적인 비율이 포함되어 있습니다.
SIMS를 사용하여 Valley의 팀은 각 화석 내에서 탄소 -12를 탄소 -13과 분리하고 알려진 탄소 동위 원소 표준 및 화석이 발견 된 암석의 화석이없는 부분과 비교하여 둘의 비율을 측정합니다.
” 탄소 동위 원소 비율의 차이는 모양과 관련이 있습니다.”라고 Valley는 말합니다. “생물학적이 아니라면 그러한 상관 관계에 대한 이유가 없습니다. C-13 대 C-12 비율은 생물학 및 대사 기능의 특징입니다.”
지구과학 교수 인 John Valley가 Weeks Hall에있는 그의 사무실에서 사진을 찍었습니다. 사진 : Jeff Miller
이 정보를 바탕으로 연구원들은 암석 안에 갇혀있는 화석에 정체성과 생리적 행동을 할당 할 수있었습니다. 결과는 “이것들은 원시적이지만 다양한 유기체 그룹입니다.”라고 Schopf는 말합니다.
연구팀은 태양에 의존하여 에너지를 생산할 광 영양 박테리아, 메탄을 생산하는 고세균, 산소 이전에 지구의 초기 대기의 중요한 구성 요소로 여겨지는 가스 인 메탄을 소비 한 감마 프로 테오 박테리아 등 복잡한 미생물 그룹을 확인했습니다. 존재했다.
UW–Madison 지구과학 연구원들이 2010 년에 암석층 인 Apex Chert로 현장 학습 세계에서 가장 오래되고 가장 잘 보존 된 암석 매장지 중 하나 인 호주 서부. John Valley 제공
Valley의 팀은 미세 화석을 정확하게 분석하는 프로세스를 개발하는 데 거의 10 년이 걸렸습니다. 이렇게 오래되고 희귀 한 화석은 이전에 SIMS 분석을받은 적이 없었습니다. 이 연구는 WiscSIMS의 이전 성과를 바탕으로 SIMS 기기를 수정하고, 샘플 준비 및 분석을위한 프로토콜을 개발하고, 탄화수소 함량을 관심있는 샘플에 최대한 가깝게 일치시키기 위해 필요한 표준을 보정합니다.
SIMS 분석을 준비하기 위해 팀은 섬세한 화석 자체를 노출하기 위해 가능한 한 천천히 원본 샘플을 힘들게 갈아 내야했습니다. 섬세한 화석은 모두 암석 내부에 서로 다른 수준으로 매달려 있고 단단한 석영 층에 싸여 있습니다. 실제로 파괴하지 않았습니다. Spicuzza는 지구과학 기술자 인 Brian Hess가 한 번에 1 마이크로 미터 씩 샘플의 각 미세 화석을 연마하고 연마하면서 부서의 계단을 수없이 이동했다고 설명합니다.
각 미세 화석의 너비는 약 10 마이크로 미터입니다. 그중 8 개는 머리카락 너비에 맞을 수 있습니다.
Valley와 Schopf는 NASA Astrobiology Institute에서 자금을 지원하는 Wisconsin Astrobiology Research Consortium의 일원으로, 기원과 미래를 연구하고 이해하기 위해 존재합니다. 지구와 우주 전체에 존재하는 생명체의 본질입니다.
“Apex 화석은 뾰족합니다. 찾기 어렵고 연구하기 어렵습니다. 풍부하지만 까맣게 찢고, 잘게 썰고, 과도하게 조리했습니다. 작은 조각은 일반적이지만 일반적으로 설명이 아닙니다. 짧은 2 개 또는 3 개 세포 조각은 드물고 간과하기 쉽습니다. 다세포 표본은 거의 그 사이에 있으며 Gunflint 및 Bitter Springs 광상과 같이 ‘잘 보존 된’화석은 존재하지 않습니다. 이러한 잔해는 그리 오래되지 않았기 때문에 많은 관심을 끌지 못할 것입니다.”
—J . William Schopf, “생명의 요람”
이와 같은 연구에 따르면 Schopf는 삶이 우주를 울려 라. 그러나 중요한 것은 여기 지구에서 여러 종류의 미생물이 이미 35 억년 전에 이미 존재하는 것으로 나타났기 때문에 우리에게 “생명은 실질적으로 더 일찍 시작 했어야했습니다. 얼마나 빨리 시작했는지 아무도 모릅니다.” 원시 생명체가 형성되고 더 발전된 미생물로 진화하기위한 것입니다.”라고 Schopf는 말합니다.
2001 년에 시작된 Valley와 그의 팀이 수행 한 초기 연구에 따르면 액체 바다는 일찍이 43 억 몇 년 전, 현재 연구의 화석이 살아 있기 전 8 억 년이 넘었고 지구가 형성된 지 불과 2 억 5 천만 년이되었을 것입니다.
“우리는 43 억년 전에 생명체가 존재했다는 직접적인 증거가 없습니다. 하지만 그럴 수 없었던 이유가 없습니다.”라고 Valley는 말합니다. “이것은 우리 모두가 알아 내고 싶은 것입니다.”
UW–Madison은 지구상에서 받아 들여진 초기 생명체의 날짜를 뒤로 미루는 유산을 가지고 있습니다. 1953 년에 지질학자인 고 스탠리 타일러는 1963 년 57 세의 나이로 세상을 떠난 대학은 선캄브리아 기 암석에서 미세 화석을 발견 한 최초의 사람입니다. 이로 인해 생명의 기원은 5 억 4 천만년에서 18 억년 전으로 10 억년 이상 거슬러 올라갑니다.
“사람들은 지구상의 생명체가 처음 등장했을 때 정말 관심이 있습니다.”라고 Valley는 말합니다. “이 연구는 제가 처음 생각했던 것보다 10 배 더 많은 시간이 걸리고 어려웠습니다. 그러나 첫날부터이 연구에 열광한 많은 헌신적 인 사람들 덕분에 결실을 맺었습니다. 샘플에 대해 훨씬 더 많은 미세 화석 분석이 이루어질 것이라고 생각합니다. 이 연구는 위스콘신-매디슨 대학의 NASA 우주 생물학 연구소와 UCLA의 진화 및 생명의 기원 연구 센터의 지원을 받았습니다. WiscSIMS National Science Foundation (EAR-1355590) 및 UW–Madison에서 지원합니다.