太古的生命体是在怎样的环境中生存，又是以何种机制获取能量的呢？这些问题的重要线索已被找到。由日本东京大学大气海洋研究所的笹木晃平特任研究员、高畑直人助教，千叶大学研究生院理学研究院的石田章纯副教授，日本东北大学研究生院理学研究科的挂川武教授，名古屋大学研究生院环境学研究科的杉谷健一郎教授等人组成的研究团队，从约34亿年前的岩石中发现了地球史初期生命利用硫酸根离子进行呼吸的痕迹。相关研究成果已发表在期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。
图1 黄铁矿与有机物形成的连续同心圆结构（供图：东京大学）
直径约0.01毫米的代表性同心圆状（胶状）黄铁矿电子显微镜图像，以及利用纳米二次离子质谱仪（NanoSIMS）获得的硫、碳、硅离子映射图像。由硫和铁构成的黄铁矿具有核心及周围的多层结构，其层间的微生物残骸（=有机物）以碳分布的形式被可视化。
作为太古代（约40～25亿年前）的初期生命，除光合细菌、产甲烷菌等之外，硫代谢微生物的存在此前一直通过沉积岩的同位素信息等加以推测。另一方面，能够直接展示硫代谢微生物生存环境的地质证据较为匮乏，初期生命如何以及在何种环境中获取生命必需元素硫，此前一直是未解之谜。
研究团队采集了澳大利亚斯特雷利池层（Strelley Pool Formation）34亿年前浅滩沉积形成的岩石，并从该样品中发现了直径约0.01毫米、具有同心圆状结构（胶状）的黄铁矿。通常情况下，沉积物等地层中无机形成的黄铁矿以立方体形态产出，因此可推测胶状黄铁矿存在某种不同的形成过程。
研究团队发现在这一特征性结构中夹有微米尺度的有机物层，并推测其为微生物活动的痕迹。因此，除开展传统碳同位素分析外，研究团队还开展了能够记录硫代谢痕迹的硫同位素比值分析。分析导入了纳米二次离子质谱仪，以0.01毫米以下的高分辨率测定了同心圆结构内硫同位素比值的变动与有机物分布的对应关系。
结果显示，胶状黄铁矿中存在从内部到外部变化幅度达20%以上的系统性硫同位素分布。此外，研究还首次明确了在该同位素分布的边界处存在具有生物来源碳同位素比值的层状有机物。
这些结果表明，胶状黄铁矿是由进行硫酸盐呼吸的生物活动（异化硫酸盐还原）形成的，意味着在34亿年前的浅滩环境中，已经建立了以硫酸盐呼吸为核心的某种生态系统。
太古浅滩孕育的生命
这是首份通过地质样品微区硫同位素分析，明确证实即便在被普遍认为氧气稀薄的太古期，初期生命也曾栖息于由浅滩热液补给与蒸发环境共同形成的局部富硫酸盐“硫绿洲”中的研究报告，使人类对早期地球元素循环与生命活动的理解取得了重大进展。该成果不仅为阐明初期生命在资源限制条件下如何演化获得代谢策略提供了线索，还有望作为强有力的矿物学生物标志物，应用于未来的生命起源研究，以及近年来探测器已证实存在含硫有机物的火星生命探测等领域。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Geochimica et Cosmochimica Acta
论文：Microbial activity preserved in 3.4 Ga colloform pyrite: A micro–scale sulfur isotope analyses
DOI：10.1016/j.gca.2026.03.005
