作者：Katharine Sanderson，来自Nature杂志
迄今为止，关于古代光合作用的最直接证据在一个微生物席化石中被发现，这个微生物席由生活在 33 亿年前海滩上的微生物构成。
法国国家科学研究中心 (CNRS) 分子生物物理学中心的 Frances Westall 及其在奥尔良的同事研究了保存完好的 Josefsdal Chert 微生物席——一种由一层又一层微小生物形成的薄片——它来自南非的 Barberton Greenstone Belt。
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这些古代微生物层生长于地球大气层不含氧气的时期。微生物席本应位于阳光可以照射到的海滩上，但在当时周围几乎没有富含碳的营养物质。因此，早期生命将依赖光合作用获取营养，而弄清这一过程何时进化对于理解生命是如何开始的至关重要。
光合丝状物
Westall 及其团队使用电子显微镜和同步加速器光源来观察保存完好的微生物席的结构和成分。在微生物席的表面层，他们看到了微小的丝状物，大约 0.3 微米长：Westall 说，这是光合微生物的残余物。在表面之下，他们发现了文石的小颗粒，文石是一种碳酸钙矿物。只有当表面进行光合作用时，这种情况才有可能发生：从太阳获取能量并将其转化为其他微生物可以赖以生存的有用营养物质。“我们以前从未见过原位钙化，”Westall 说。“在这种环境中，除了光合作用之外，没有其他方法可以产生这种结构。”
Westall 说，随着微生物席的生长，活性顶层下方的死光合微生物层被微生物席下部的非光合生物（称为异养生物）消耗。她说，当异养生物降解光合作用产生的富含碳的层时，它们会分泌代谢物，导致微生物席中的 pH 值升高。较高的 pH 值释放出碳质聚合物从水中吸收的钙离子，这些碳质聚合物构成了微生物席的一部分。钙与来自海水的碳酸盐混合并沉淀为碳酸钙。
现代光合微生物席含有硫还原菌，它们也会沉淀碳酸钙。Westall 在她的样本中发现了一种含硫分子噻吩，并且能够量化存在的硫总量——高达 1%。她说，这表明古代微生物席中的异养生物包括类似于现代微生物席中的硫还原菌。
英国牛津大学古代生物过程专家 Martin Brasier 说：“关于早期化石记录的众多谜团之一是缺乏微生物丝状物的钙化实例，这些微生物丝状物通常在与光合作用一致的浅海环境中发现。” Brasier 对结果持谨慎态度，他说他希望看到对这项工作的独立证实。
另一种观点
Westall 说，其他古代微生物席也已被研究过，但它们进行光合作用的证据是间接的——要么是从它们的碳同位素组成中推断出来的，Westall 认为碳同位素组成也可能来自非光合微生物，要么是通过仔细观察微生物席的结构并看到类似微生物的结构。
其中一项研究由现任德克萨斯农工大学学院站分校的 Michael Tice 进行，该研究表明，一个 34 亿年前的微生物席是光合作用的。在给《自然》杂志的一封电子邮件中，Tice 说，他在这项工作中的论点比 Westall 提出的更有说服力。“我们支持光合作用论点的一个关键组成部分是，我们观察到这些微生物席形成于浅水阳光充足的环境中，而不是形成于同一地质单元中记录的深水环境中，”他说。当结合他们对微生物席生长所处的流体及其整体同位素组成的结论时，Tice 和他的同事们认为“它们只能由厌氧光合微生物产生”。
Tice 说，钙化是重要的新证据，但他认为它不是决定性的。“它们增加了一系列间接证据，表明光合作用在太古宙末期已经进化，但我们仍然没有掌握确凿的证据，”Tice 说。
Westall 在法国蒙彼利埃举行的 Origins2011 会议上介绍了她所在小组的发现。
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2011 年 7 月 6 日首次发表。