35亿年前地球有多繁荣？中环硫酸盐厂家：代谢硫

　　代谢硫酸盐的微生物细胞的电子显微图像。

　　硫化物是由微生物在其能量代谢过程中利用硫酸盐而形成的，这种物质可以在硫化铁矿物中存在数十亿年，就像照片中的FeS2矿物黄铁矿一样。

　　ELSI的副教授Shawn McGlynn解释说APS分子中的硫原子被Apr酶还原，导致了动力学同位素分馏。

　　35亿年前，地球上出现了生命，这些生命是勉强维持生存，还是欣欣向荣？由包括日本东京理工大学地球生命科学研究所（ELSI）在内的多机构领导小组进行的一项新研究为这个问题提供了新的答案：数十亿年的硫同位素比值记录的微生物的新陈代谢表明，生命在古代海洋中繁荣昌盛。相关论文近日发表于《自然通讯》杂志。利用这些数据，科学家可以更深入地将地球化学记录与细胞状态和生态联系起来。

　　科学家一直想知道地球上的生命存在了多久。如果生命存在的时间几乎和地球一样长，则表明生命很容易起源，应该在宇宙中普遍存在。如果需要很长时间生命才能产生，就意味着必须发生非常特殊的情况才能出现生命。早在恐龙出现之前，微生物已经存在了数十亿年。虽然微生物在古代地质记录中留下了一些它们存在的物理证据，但它们并没有很好地变成化石，因此科学家们只能使用其他方法来了解地质记录中是否存在生命。

　　目前，地球上微生物存在的最古老证据是以稳定同位素的形式出现的。同位素是含有相同数量的质子、不同数量的中子的原子。虽然许多同位素具有放射性，会衰变成其他元素，但有些同位素则不会发生这种反应，这些被称为“稳定”同位素。例如，碳的稳定同位素包括C12和C13。

　　所有的生物，包括人类，都在“吸收和排泄”。微生物通常以环境提供的简单化合物为食，例如，一些微生物能够吸收二氧化碳（CO2）作为碳源来建造自己的细胞。自然产生的CO2的C12和C13比例相当稳定。然而，12CO2比13CO2轻2%，这导致12CO2分子扩散和反应稍快一点，因此微生物本身就会变得更“轻”，包含更多的12C。当微生物死亡并留在化石记录中，它们稳定的同位素特征仍然存在，并且是可测量的。这些过程的同位素组成，或“特征”，对产生它们的微生物来说是特定的。

　　除了碳之外，还有其他生物必需的化学元素。例如硫，它有3种天然丰富的稳定同位素：32S、33S和34S。微生物留下的硫同位素模式记录了35亿年前含硫化合物的生物代谢史。之前的数百项研究已经考察了古代和现代硫同位素比值的大幅变化，这些变化是由硫酸盐（一种自然形成的硫化合物，与4个氧原子结合）的新陈代谢导致的。许多微生物能够以硫酸盐作为原料，在代谢过程排出硫化物（另一种硫化合物，如图1所示）。古微生物新陈代谢的硫化物“废物”存储在地质记录中，科学家们可以通过分析如图2所示的FeS2矿物黄铁矿来测量同位素比值。

　　这项新研究揭示了微生物硫代谢的主要生物控制步骤，并阐明了何种细胞状态导致了何种类型的硫同位素分馏。这使得科学家可以将新陈代谢与同位素联系起来：通过了解新陈代谢如何改变稳定同位素的比值预测生物应该留下的同位素特征。

　　这项研究还提供了一些关于远古生命新陈代谢的初步信息。记录在超过30亿年的硫同位素比值中的微生物硫酸盐代谢，和新研究的预测一致，表明了古代海洋的生命实际上是繁荣的。这项工作开辟了一个新的研究领域，ELSI的副教授Shawn McGlynn称之为“进化和同位素酶学”。利用这种类型的数据，科学家现在可以继续研究其他元素，如碳和氮，并通过对酶的进化和地球历史的理解，更全面地将地球化学记录与细胞状态和生态联系起来。

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　　编译：花花

　　审稿：阿淼

　　责编：南熙