考古学家发现16.4亿年前多种形态的真核生物 打破此前的科学假设

考古学家发现16.4亿年前多种形态的真核生物 打破此前的科学假设 加州大学圣塔芭芭拉分校和麦吉尔大学的研究人员在对保存完好的微化石进行的一项新研究中发现，真核生物甚至在 16.4 亿年前就已经进化成了多种多样的形态。这篇发表在《古生物学论文》（Papers in Paleontology）杂志上的论文讲述了真核生物进化历史早期的一系列化石。作者描述了四个新的类群，以及在这些早期真核生物中已经存在的若干高级特征的证据。第一作者、加州大学伯克利分校地球科学系助理研究员莉-安妮-里德曼（Leigh Anne Riedman）解释说："这些是迄今发现的最古老的真核生物。然而，即使在这些最早的记录中，我们也看到了很多多样性。"真核生物是生命的主要领域之一，包括植物、动物和真菌支系，以及所有其他细胞具有膜核的类群，如原生动物和海藻。许多科学家曾认为，在古近纪晚期，早期真核生物都相当相似，大约在 8 亿年前出现了分化。但是，里德曼和她的合著者却在近两倍于这一时期的岩石中发现了种类繁多、结构复杂的化石。科学家们从以往的研究中得知，真核生物在这一时期已经进化，但对这一时期的多样性却知之甚少。于是，Riedman 在 2019 年年底前往内陆地区。一周之内，她就从一家勘探公司钻探出的八个岩心中收集到了约 430 个样本；这些样本现在存放在北领地地质调查局的图书馆中。这项研究使用的两个岩芯跨越了大约 500 米的地层，即 1.33 亿年，其中有大约 1500 万年的重要沉积。里德曼带着页岩和泥岩回到了美国，这些页岩和泥岩是古代海岸生态系统的残留物，在浅海潮下泥滩和海岸泻湖之间交替出现。她在氢氟酸中浸泡，溶解了基质岩石，浓缩了珍贵的微化石，然后在显微镜下进行分析。"我们希望找到细胞壁具有有趣和不同特征的物种，"里德曼说。她希望这些特征能够揭示这一时期细胞内部发生了什么。不过，由于化石只保留了细胞的外部，要对细胞内部得出任何结论都需要大量的调查。研究人员对这些化石所保存的多样性和复杂性感到惊讶。他们记录了 26 个类群，其中包括 10 个以前未曾描述过的物种。研究小组发现了细胞骨架的间接证据，还发现了板状结构，这表明存在形成板的内部囊泡也许是现代真核细胞中高尔基体的祖先。其他微生物的细胞壁是由束缚纤维构成的，这同样表明存在复杂的细胞骨架。作者还发现了带有微小活门的细胞，这证明了细胞的复杂程度。有些微生物会形成一个囊肿，以等待不利的环境条件。为了钻出来，它们需要在自己的保护壳上蚀出一个开口。制造这扇门是一个专门的过程。"如果要产生一种能溶解细胞壁的酶，就需要非常小心地使用这种酶，"里德曼说。"因此，在真核生物最早的记录之一中，我们看到了一些令人印象深刻的复杂程度。"该领域的许多人都认为这种能力是后来才出现的，而这一组合中的证据进一步强调了即使在这一早期阶段，真核生物的多样性和先进性。"人们一直认为这大约是真核生物出现的时间。现在我们认为，人们只是没有探索更古老的岩石，"合著者、加州大学圣巴巴拉分校地球科学教授苏珊娜-波特（Susannah Porter）说。研究意义这篇论文是研究早期真核生物进化的大型项目的一部分。里德曼和波特想知道早期真核生物是在什么样的环境中进行多样化的，它们为什么会在那里，它们是什么时候迁移到其他地方的，以及它们需要什么样的适应性才能填补这些新的壁龛。这项工作的很大一部分涉及了解真核生物的不同特征是何时首次出现的。例如，作者很想知道这些生物是适应含氧环境还是缺氧环境。前者表明它们有有氧代谢，可能还有线粒体。已发现的每一种现代真核生物都是拥有线粒体的祖先的后代。这表明真核生物很早就获得了线粒体，而且线粒体提供了显著的优势。里德曼和波特目前正在对真核生物的多样性进行新的研究。他们还从西澳大利亚州和明尼苏达州收集了更古老的样本。与此同时，他们在麦吉尔大学的地球化学合作者正在带头研究氧气水平和真核生物的喜好栖息地，这些方面都可以揭示真核生物的进化过程。雷德曼说："这些结果指示我们去寻找更古老的材料，更古老的真核生物，因为这显然不是地球上真核生物的开端。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式，其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记，如特定的化合物和结构。然而，生命起源于地球的时间和地点，以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间，至今仍不清楚。证据很少，而且常常存在争议。 PC版： 手机版：

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地 科学家利用新的 DNA 分析技术在智利阿塔卡马沙漠深处发现了多种微生物生命，为极端环境中的生物多样性提供了见解，并对地外生命研究产生了潜在影响。永盖-普拉亚，智利阿塔卡马沙漠最干旱的地区之一。资料来源：D. Wagner, GFZ这是以新开发的分子 DNA 分析方法为基础的，这种方法可以集中提取和分析细胞内 DNA。这些DNA来自活生物体或休眠生物体的完整细胞，因此可以检测到栖息在深达4.20米的极干旱土壤中的有生命力和潜在活性的微生物群落。这项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）上的研究，扩大了我们对干旱、盐碱和营养缺乏等极端条件下接近生命极限的地区生物多样性的了解。研究结果还对寻找其他星球上的生命有一定意义。沙漠是地球上最大、最脆弱的生态系统之一。虽然那里的条件最恶劣、最危及生命，但却孕育着微生物生命。在没有定期降雨的情况下，微生物利用矿物质和盐分等土壤成分以及大气中的气体作为能量和水分来源，成为调解养分流动的最重要生态成分。"微生物多样性和分布的研究对于充分了解微生物过程在维持沙漠生态系统生态平衡和功能性方面的核心作用至关重要，尤其是在气候变化背景下沙漠生态系统的未来发展方面。"永盖-普拉亚研究遗址：挖掘出的剖面坑和安托法加斯塔大学的实验室手推车。图片来源：L. Horstmann, GFZ智利北部 105000 平方公里的阿塔卡马沙漠被认为是世界上最干旱的炎热沙漠。因此，这里非常适合研究这种栖息地。研究人员已经对水深约一米的浅水区进行了调查。在这里，他们了解到这是一个可以抵御紫外线辐射的利基栖息地，而且这里仍有水源，微生物可以在此繁衍生息。另一方面，迄今为止只有少数研究对沙漠土壤的深层进行了分析。因此，GFZ 地球微生物学组的博士生卢卡斯-霍斯曼（Lucas Horstmann）和博士后研究员丹尼尔-利普斯（Daniel Lipus），以及该组负责人、波茨坦大学地球微生物学和地球生物学教授德克-瓦格纳（Dirk Wagner）领导的研究小组重点研究这些土壤。其他同事来自柏林工业大学和智利安托法加斯塔大学。研究人员希望测试极度干旱的阿塔卡马沙漠深层沉积物是否也能成为特殊微生物的栖息地。研究小组在安托法加斯塔东南约 60 公里处的永盖地区对土壤剖面进行了研究，分析了沿深度剖面的微生物多样性及其与土壤特性的相互作用，该深度剖面既包括台地沉积物，也包括下面的冲积扇沉积物，最深处达 4.2 米。为此，他们挖掘了一个土壤剖面，每隔 10 厘米采集一个土壤样本，深度达 3 米，然后每隔 30 厘米采集一个样本，这些样本被送往德国联邦科学研究中心的实验室进行分析。为了检测样本中的生命痕迹，科学家们使用了德克-瓦格纳（Dirk Wagner）等人在德国科学研究基金会（GFZ）开发的分子 DNA 分析新技术：使用一种特殊的提取方法，可以从样本中只过滤出细胞内 DNA，即来自完整和潜在活性细胞的 DNA。为此需要使用各种化学试剂、离心机和过滤器。瓦格纳强调说："这种方法对极端环境中微生物多样性的研究是一个重大改进，因为它有效地排除了死细胞 DNA 产生的偏差，即使由于生物量较低而达到其他方法的检测极限时，仍能提供有效数据。"通过对样本进行细胞内 DNA 提取和随后的基因测序，研究人员能够鉴定出深度达 4.2 米的潜在微生物。在上层 80 厘米处，他们主要发现了属于固着菌门的微生物，但它们的数量随着深度的增加而减少，可溶性盐的含量也随之增加。研究人员猜测，高浓度盐分和日益缺水也可能是导致微生物在沙丘沉积物下部停止定殖的原因。在这方面，他们的研究结果与之前的研究结果是一致的。然而，霍斯特曼和瓦格纳的研究小组再次在两米以下的冲积扇沉积层中发现了一个微生物群落。该群落比地表群落更加多样化，很可能与地表完全隔离。它主要由属于放线菌门的细菌组成，放线菌门是一个具有特殊成员的群体，通常存在于干燥或原始的土壤中。古剖面上部。资料来源：D. Wagner, GFZ这些微生物的存在可能与水泡石膏的存在有关，水泡石膏可溶解成无水石膏，从而提供另一种水源。本研究中观察到的生物属于可利用氢气等痕量气体作为能量来源，利用二氧化碳作为碳源进行生长的物种。第一作者卢卡斯-霍尔曼（Lucas Hormann）说："这种类型的新陈代谢被称为化学溶解自养，其他研究表明，它对有机物作为碳源极其有限的极干旱土壤非常重要。因此，对于本研究中调查的孤立的地下壁龛来说，它也可能是必不可少的。"总结与展望：令人惊叹的沙漠生物多样性及其对地外生命的影响霍斯特曼总结道："这个地下群落在两米深以下的冲积扇沉积物中茁壮成长，显示出惊人的多样性和生态稳定性，它的发现挑战了我们目前对沙漠生态系统的认识。"作者认为，该群落可能早在 1.9 万年前就已在土壤中定植，当时土壤还未被洼地沉积物掩埋，他们还假设该群落可能会继续向下延伸一段未知的距离，这代表了超干旱沙漠土壤中以前未知的深层生物圈。合著者德克-瓦格纳（Dirk Wagner）说："鉴于旱地在地球上的广泛分布，在以前未开发的地下土壤中存在潜在的碳结合群落，不仅对沙漠中的生物多样性，而且对全球范围的元素循环都有深远影响。这表明这些生境的重要性至今仍被低估。这也强调了地表下栖息地对于未来全面了解沙漠生态系统的重要性"。研究人员强调，这项研究的结果不仅对我们的地球有影响，而且也与正在进行的关于在其他行星上寻找生命的讨论有关："火星上存在类似于冲积扇沉积物中的石膏沉积物，这对天体生物学具有重大意义。这些地表下群落与阿塔卡马的石膏基质的联系可能会提供进一步的证据，证明火星上的石膏沉积不仅表明过去可能存在液态水，而且还可能成为目前微生物生命的宜居环境。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA好奇号漫游车发现远古火星上存在类似地球环境的迹象

NASA好奇号漫游车发现远古火星上存在类似地球环境的迹象 美国宇航局的"好奇号"漫游车继续寻找火星盖尔陨石坑条件可能支持微生物生命的迹象。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS洛斯阿拉莫斯国家实验室空间科学与应用小组的帕特里克-加斯达（Patrick Gasda）是这项研究的第一作者，他说："氧化锰很难在火星表面形成，所以我们没想到会在海岸线沉积物中发现如此高浓度的氧化锰。"在地球上，这类沉积物经常出现，因为大气中的高氧是由光合生命以及帮助催化锰氧化反应的微生物产生的。"在火星上，我们没有生命存在的证据，火星古老大气中产生氧气的机制也不清楚，因此氧化锰是如何形成并集中在这里的确实令人费解。"加斯达补充说："这些发现表明火星大气或地表水中存在更大的过程，也表明需要做更多的工作来了解火星上的氧化作用。"ChemCam 由洛斯阿拉莫斯公司和法国国家空间研究中心（CNES）共同开发，它利用激光在岩石表面形成等离子体，然后收集光线，以量化岩石中的元素成分。漫游车探索的沉积岩由沙、淤泥和泥混合而成，与构成盖尔陨石坑大部分湖床岩石的泥质相比，沙质岩石的孔隙更大，地下水更容易通过沙质岩石。研究小组研究了锰如何在这些砂岩中富集例如，地下水渗过湖岸或三角洲口的砂岩以及哪种氧化剂可能导致岩石中锰的沉淀。在地球上，由于大气中的氧气，锰会变得富集，而微生物的存在往往会加速这一过程。地球上的微生物可以利用锰的多种氧化态作为新陈代谢的能量；如果远古火星上有生命存在，那么湖岸边这些岩石中增加的锰含量就会成为生命的有用能源。ChemCam仪器的首席研究员尼娜-兰扎（Nina Lanza）说："这些古老岩石所揭示的盖尔湖环境，为我们提供了一个了解宜居环境的窗口，它看起来与今天地球上的地方惊人地相似。锰矿物在地球上湖岸的浅层含氧水域中很常见，在古老的火星上发现这种可识别的特征非常了不起"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性 微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：Victor O. Leshyk 插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（Gianna Marschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的 Eoin Brodie 和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Jennifer Pett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西 - 微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100 亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的 40% 以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的 1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中 30-40% 的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

考古学家在熔岩洞穴中发现古人类活动的证据

考古学家在熔岩洞穴中发现古人类活动的证据 最近在阿拉伯进行的考古研究通过对洞穴和熔岩管的研究，揭示了该地区历史和文化演变的重要线索，突出了阿拉伯考古遗产的古代生活方式和全球意义。资料来源：绿色阿拉伯项目由格里菲斯大学澳大利亚人类进化研究中心（ARCHE）牵头，与国际合作伙伴合作取得的突破之一，就是对包括洞穴和熔岩管在内的地下环境进行勘探。通过细致的发掘和分析，研究人员在乌姆吉桑发现了从新石器时代到旧石器/青铜时代（约 10000-3500 年前）的大量证据。"我们在乌姆吉尔桑的发现为了解阿拉伯古代人的生活提供了难得的一瞥，揭示了人类占领的重复阶段，并阐明了曾经在这片土地上繁荣发展的畜牧业活动，"首席研究员、阿尔赫研究中心研究员马修-斯图尔特（Mathew Stewart）博士说。"该遗址很可能是畜牧路线上的一个重要中转站，连接着重要的绿洲，促进了文化交流和贸易。"岩画和动物记录证明了牧民对熔岩管和周边地区的使用，生动地描绘了古代的生活方式。对牛、绵羊、山羊和狗的描绘证实了该地区史前的畜牧活动和畜群构成。对动物遗骸的同位素分析表明，牲畜主要以野草和灌木为食，而人类则以富含蛋白质的食物为主，随着时间的推移，C3 植物的食用量明显增加，这表明绿洲农业的出现。"虽然地下地点在考古学和第四纪科学方面具有全球意义，但我们的研究是沙特阿拉伯首次开展此类综合研究，"阿尔歇研究中心主任迈克尔-佩特拉利亚教授补充道。"这些发现强调了在洞穴和熔岩管道中进行跨学科调查的巨大潜力，为了解阿拉伯的古代历史提供了一个独特的窗口。"乌姆吉尔桑的研究强调了考古调查采用多学科合作方法的重要性，并突出了阿拉伯考古遗产在全球舞台上的重要意义。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：