西澳大利亚的皮尔巴拉地区是现存最古老的地壳之一，自大约3亿年前形成以来，地壳在地质上一直没有变化。

在大理石酒吧镇以西的北极地区，在黑色岩石中发现了一些最古老的生命迹象，这些岩石由称为燧石的细粒石英组成。

(资料图片)

所谓的“Apex chert”中的一些特征已被确定为微生物的化石遗骸，就像今天仍然存在的细菌一样。然而，自从30年前发现这些特征以来，科学家们一直在争论它们的真正起源。

在发表在《科学进展》上的新研究中，我们表明，在燧石中发现的富含碳的化合物可能是由非生物过程产生的。这表明所谓的“化石”不是早期生命形式的残余物，而是化学和地质过程的人工制品。

有争议的皮尔巴拉化石

1993年，美国古生物学家威廉·肖普夫(William Schopf)在3.45亿年前的顶点燧石露头中发现了富含碳的细丝。他将它们解释为类似于蓝藻的化石微生物的烧焦残骸，蓝藻是地球上第一个产生氧气的生物，今天仍然很丰富。

在如此古老的岩石中存在化石蓝藻意味着，在地球大气层富含氧气之前，生命已经将氧气泵入空气中超过十亿年。

支持生命的一个关键证据是有机化合物与古代化石的关联。这是因为活细胞由大的有机分子组成，主要包括碳以及氢、氮、氧和其他元素。

2002年，Schopf的解释受到英国古生物学家Martin Brasier及其团队的挑战。他们表明，这些“化石”呈现出蓝藻所不具备的各种形状和大小，实际上与微生物生命不一致。更重要的是，他们还表明，含化石的黑燧石不是沉积在海底的水平床，而是穿过下层岩石的倾斜脉络。

含化石的燧石似乎是在火山活动期间在高温下形成的。Brasier认为这种环境对生命是不利的，“化石”实际上是由岩石中的石墨杂质形成的。他们还推测，与“化石”相关的碳甚至可能不是生物起源的。

随后进行了激烈的辩论，并一直持续至今。

微生物还是热流体?

为了试图确定黑燧石矿脉中富含碳的沉积物来自哪里，我们用高倍率电子显微镜非常仔细地观察了它们。

我们发现它不是来自化石细菌。这种油状物质以裂缝中的残留物和石化液滴的形式出现，这些液滴以前被误认为是古代化石。

黑燧石矿脉中的纹理表明，它们是当富含二氧化硅和碳的热流体穿过海底喷口下方熔岩流的裂缝时形成的，类似于现代的“黑色烟熏”喷口。接近海底后，热流体渗入火山沉积物层，取而代之的是黑燧石。

如果碳来自如此热的流体，这支持了Apex chert中富含碳的细丝不是化石的发现。然而，这也提出了一个新的问题。

通常，石油和天然气等有机化合物被称为“化石燃料”，因为它们是由藻类、细菌和植物的死亡遗骸形成的，当这些遗骸被掩埋并加热到65°C以上的温度时会产生。化学反应释放出有机化合物，这些化合物可能会积聚形成石油和天然气田。

然而，北极地区的沉积物非常稀薄(不到50米厚)，有机分子含量低，夹在数公里的熔岩流之间。那么，有机化合物是如何在这样的环境中形成的呢?

地球早期的海底喷口

实验证据和对火星陨石的研究提出了一种可能的替代途径。在没有传统生物来源的情况下，燧石脉中的一些有机分子可能是由非生物过程形成的。

例如，当热水在熔岩或其他火成岩中循环时，水和二氧化碳可以与矿物表面反应形成有机化合物。已经提出了类似的反应来解释火星陨石和地球上一些火成岩中有机分子的存在。

因此，皮尔巴拉内陆黑燧石中的碳可能代表水和岩石反应产生的有机化合物的遗迹。事实上，在早期的地球海底喷口可能比生物过程产生了更多的有机化合物，因此很难区分真正的含碳化石和油性文物。

虽然更多的工作正在进行中，但早期结果表明，生命在3亿年前才刚刚生存下来，在荒凉的环境中挣扎着站稳脚跟。然后，世界被定期的火山喷发所破坏，这些火山喷发将地球表面覆盖在熔岩中，并沐浴在没有保护性臭氧层的大气层中的强烈太阳辐射中。

再往前追溯，黑色的燧石让我们瞥见了一个没有生命的星球。海底喷口的水和岩石之间的反应产生了有机化合物的混合物，也许为组装第一批活细胞提供了原材料。