碳的穩定同位素比率通常被用作古老岩石樣本中生命的指標。較高的碳-12與碳-13比率表明該碳已被生物體處理過，因為一些參與固定無機碳的代謝酶“偏好”碳-12。在本例中，碳樣本來自嵌入鋯石薄片中的兩個微觀石墨斑點，這些鋯石來自西澳大利亞傑克山脈的數百個鋯石之一，據認為它們包含地球上一些最古老的礦物。
在發現石墨內含物後，美國加州大學洛杉磯分校的研究人員使用二次離子質譜法測量了它們的同位素組成，將銫離子束射向石墨表面。“我們使用銫離子束穿透[鋯石]表面並進入石墨，這樣石墨在分析之前就不會暴露在汙染物中，”團隊成員Elizabeth Bell說道。
該團隊的分析表明，與地球整體的碳相比，樣品中的碳富含約 2% 的碳-12。“由於生物體傾向於濃縮碳-12，這可能是生命的潛在標誌，”Bell 說。鑑於鋯石樣品有 41 億年的歷史，而所含石墨甚至更古老，她補充說，這可能證明地球上的生命開始的時間比目前認為的要早數億年。這些觀察結果還可以為了解 40 至 46 億年前的冥古宙時期地球的樣子提供新的見解。
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“雖然先前對地球最初幾億年的看法……認為它是一個不適宜生物生存、乾燥、炎熱且遭受大量隕石轟擊的星球，但來自冥古宙鋯石的證據提供了一幅全新的圖景，顯示它在許多方面更像今天的地球，”Bell 說。“例如，鋯石的低結晶溫度和富含氧-18表明液態水的存在。”
替代機制
“如果事實證明碳確實來自微生物，這將把生命的記錄提前 3 億年，”來自德國圖賓根大學的地球微生物學家Andreas Kappler說道，他沒有參與這項研究。“然而，還必須記住，他們只在 565 個鋯石中的一箇中發現了這些內含物，並且——正如作者也承認的那樣——非生物過程也可能導致類似的同位素分餾。”
Bell 解釋說，確實存在一些不涉及生物體的過程可能導致觀察到類似的同位素比率。但她也指出，任何將這種碳濃縮成石墨形式並將其捕獲在具有這種特定樣品地球化學特徵的鋯石中的機制都將非常複雜，甚至可能是難以實現的。
Bell 說，解決這場爭論的最佳方法是在其他古老岩石中找到並測量更多的碳樣本。“例如，透過 1000 個跨越 38 億至 44 億年[十億年]的樣本，我們可以開始在資料中看到模式，從而為冥古宙的生命提供更可靠的證據，並總體上限制冥古宙的碳迴圈。
“在傑克山脈鋯石群中，年齡超過 38 億年的鋯石約佔 5%，因此有足夠的材料繼續搜尋。”
本文經 《化學世界》 許可轉載。該文章於2015 年 10 月 20 日首次發表。