碳的稳定同位素比率通常被用作古老岩石样本中生命的指标。较高的碳-12与碳-13比率表明该碳已被生物体处理过，因为一些参与固定无机碳的代谢酶“偏好”碳-12。在本例中，碳样本来自嵌入锆石薄片中的两个微观石墨斑点，这些锆石来自西澳大利亚杰克山脉的数百个锆石之一，据认为它们包含地球上一些最古老的矿物。
在发现石墨内含物后，美国加州大学洛杉矶分校的研究人员使用二次离子质谱法测量了它们的同位素组成，将铯离子束射向石墨表面。“我们使用铯离子束穿透[锆石]表面并进入石墨，这样石墨在分析之前就不会暴露在污染物中，”团队成员Elizabeth Bell说道。
该团队的分析表明，与地球整体的碳相比，样品中的碳富含约 2% 的碳-12。“由于生物体倾向于浓缩碳-12，这可能是生命的潜在标志，”Bell 说。鉴于锆石样品有 41 亿年的历史，而所含石墨甚至更古老，她补充说，这可能证明地球上的生命开始的时间比目前认为的要早数亿年。这些观察结果还可以为了解 40 至 46 亿年前的冥古宙时期地球的样子提供新的见解。
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“虽然先前对地球最初几亿年的看法……认为它是一个不适宜生物生存、干燥、炎热且遭受大量陨石轰击的星球，但来自冥古宙锆石的证据提供了一幅全新的图景，显示它在许多方面更像今天的地球，”Bell 说。“例如，锆石的低结晶温度和富含氧-18表明液态水的存在。”
替代机制
“如果事实证明碳确实来自微生物，这将把生命的记录提前 3 亿年，”来自德国图宾根大学的地球微生物学家Andreas Kappler说道，他没有参与这项研究。“然而，还必须记住，他们只在 565 个锆石中的一个中发现了这些内含物，并且——正如作者也承认的那样——非生物过程也可能导致类似的同位素分馏。”
Bell 解释说，确实存在一些不涉及生物体的过程可能导致观察到类似的同位素比率。但她也指出，任何将这种碳浓缩成石墨形式并将其捕获在具有这种特定样品地球化学特征的锆石中的机制都将非常复杂，甚至可能是难以实现的。
Bell 说，解决这场争论的最佳方法是在其他古老岩石中找到并测量更多的碳样本。“例如，通过 1000 个跨越 38 亿至 44 亿年[十亿年]的样本，我们可以开始在数据中看到模式，从而为冥古宙的生命提供更可靠的证据，并总体上限制冥古宙的碳循环。
“在杰克山脉锆石群中，年龄超过 38 亿年的锆石约占 5%，因此有足够的材料继续搜索。”
本文经 《化学世界》 许可转载。该文章于2015 年 10 月 20 日首次发表。