科学家在33.3亿年前岩石中发现生命证据古老生命的化学回声

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2025-12-03 10:27:30 凤凰网

一项最新研究表明，科学家在约33亿年前的古老岩石中发现了目前已知最早的生命化学痕迹。这表明产氧光合作用的出现时间可能比此前认知至少提前8亿年。研究团队利用先进化学分析手段和人工智能模型，从严重变质、原始生物分子早已破裂的岩石中“读出”生命活动留下的微弱化学信号。

科学家在33.3亿年前岩石中发现生命证据

该研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS），由卡内基科学研究机构团队主导。研究者称这是首次在几十亿年前的岩石中可靠识别出生命的化学回声。地球最早期生命的直接证据极其有限，微小细胞遗骸、丝状结构、微生物垫和叠层石等化石表明，早在约35亿年前生命就已存在，但这类化石本身稀少且信息有限。原本存在于岩石中的有机分子在数十亿年的埋藏、加热和挤压过程中被打碎为零散碎片，使传统方法很难从中重建生命信息。

此前，最耐久的一些有机分子在岩石中的“寿命”一般不超过约17亿年，更古老岩石中的同位素信号虽暗示生命存在，却难以分辨哪些过程真的是生物所为。因此，在30多亿年前的岩石中寻找生命痕迹被视为地球早期生命研究中最棘手的难题之一。

研究团队采集和整理了406份含有机物样品，涵盖约38亿年至1000万年前的沉积岩、含大量化石的煤和油页岩、现代动植物和真菌组织，以及陨石和实验室合成有机混合物，用以区分“生物来源”和“非生物来源”。科学家通过热解-气相色谱-质谱联用技术，将样品中残存的大分子进一步裂解，获得大量化学碎片的谱图数据。

随后，团队采用一种称为“随机森林”的监督式机器学习方法，训练模型识别不同来源有机物的特征组合，从而在高降解条件下依然能分辨“有生命参与”还是“纯化学过程”。模型在区分生物有机物与非生物有机物时准确率最高可达98%，识别光合作用相关信号的准确率约为93%，在区分动植物来源时准确率约为95%。

在将模型应用于古老岩石样品后，研究者给每个样品都赋予一个“生物可能性概率”，超过60%即被视为存在强烈生命信号。通过这种概率式判断，团队避免了简单的“有/无生命”二元划分，也能识别那些因高温加热而失去大部分生物特征的“中间状态”样品。

研究得出三个主要科学结论：在南非25.2亿年前的岩石中发现具有光合作用起源特征的有机分子，是迄今最早的产氧光合作用化学证据，比此前同类记录至少早8亿年。在印度35.1亿年前的岩石中，识别出了具有生物起源特征的有机分子，强化了“35亿年前地球已有成熟生物活动”的证据链。在另一批约35亿年前的南非岩石中，发现了与非光合生命相关的有机信号，表明当时可能共存多种不同代谢方式的早期生命形态。

研究者指出，相比传统只看是否有完整生物分子或形态化石，这项工作证明即便原始生物大分子在地质过程中早已粉碎，其留下的碎片组合模式仍然带有“生命选择”的烙印，可被机器学习模型识别出来。换言之，古老岩石中不只有化石，还有难以肉眼察觉的“化学幽灵”和“分子回声”。

项目成员认为，这种将高级化学分析与AI结合的方法不仅可用于改写地球早期生命时间线，也有望应用于火星等其他天体样品的“生命迹象”搜寻，为未来行星探测任务提供更敏感的生物标志物识别工具。

(责任编辑：zx0176)

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