作者：Katharine Sanderson，來自Nature雜誌
迄今為止，關於古代光合作用的最直接證據在一個微生物席化石中被發現，這個微生物席由生活在 33 億年前海灘上的微生物構成。
法國國家科學研究中心 (CNRS) 分子生物物理學中心的 Frances Westall 及其在奧爾良的同事研究了儲存完好的 Josefsdal Chert 微生物席——一種由一層又一層微小生物形成的薄片——它來自南非的 Barberton Greenstone Belt。
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這些古代微生物層生長於地球大氣層不含氧氣的時期。微生物席本應位於陽光可以照射到的海灘上，但在當時周圍幾乎沒有富含碳的營養物質。因此，早期生命將依賴光合作用獲取營養，而弄清這一過程何時進化對於理解生命是如何開始的至關重要。
光合絲狀物
Westall 及其團隊使用電子顯微鏡和同步加速器光源來觀察儲存完好的微生物席的結構和成分。在微生物席的表面層，他們看到了微小的絲狀物，大約 0.3 微米長：Westall 說，這是光合微生物的殘餘物。在表面之下，他們發現了文石的小顆粒，文石是一種碳酸鈣礦物。只有當表面進行光合作用時，這種情況才有可能發生：從太陽獲取能量並將其轉化為其他微生物可以賴以生存的有用營養物質。“我們以前從未見過原位鈣化，”Westall 說。“在這種環境中，除了光合作用之外，沒有其他方法可以產生這種結構。”
Westall 說，隨著微生物席的生長，活性頂層下方的死光合微生物層被微生物席下部的非光合生物（稱為異養生物）消耗。她說，當異養生物降解光合作用產生的富含碳的層時，它們會分泌代謝物，導致微生物席中的 pH 值升高。較高的 pH 值釋放出碳質聚合物從水中吸收的鈣離子，這些碳質聚合物構成了微生物席的一部分。鈣與來自海水的碳酸鹽混合並沉澱為碳酸鈣。
現代光合微生物席含有硫還原菌，它們也會沉澱碳酸鈣。Westall 在她的樣本中發現了一種含硫分子噻吩，並且能夠量化存在的硫總量——高達 1%。她說，這表明古代微生物席中的異養生物包括類似於現代微生物席中的硫還原菌。
英國牛津大學古代生物過程專家 Martin Brasier 說：“關於早期化石記錄的眾多謎團之一是缺乏微生物絲狀物的鈣化例項，這些微生物絲狀物通常在與光合作用一致的淺海環境中發現。” Brasier 對結果持謹慎態度，他說他希望看到對這項工作的獨立證實。
另一種觀點
Westall 說，其他古代微生物席也已被研究過，但它們進行光合作用的證據是間接的——要麼是從它們的碳同位素組成中推斷出來的，Westall 認為碳同位素組成也可能來自非光合微生物，要麼是透過仔細觀察微生物席的結構並看到類似微生物的結構。
其中一項研究由現任德克薩斯農工大學學院站分校的 Michael Tice 進行，該研究表明，一個 34 億年前的微生物席是光合作用的。在給《自然》雜誌的一封電子郵件中，Tice 說，他在這項工作中的論點比 Westall 提出的更有說服力。“我們支援光合作用論點的一個關鍵組成部分是，我們觀察到這些微生物席形成於淺水陽光充足的環境中，而不是形成於同一地質單元中記錄的深水環境中，”他說。當結合他們對微生物席生長所處的流體及其整體同位素組成的結論時，Tice 和他的同事們認為“它們只能由厭氧光合微生物產生”。
Tice 說，鈣化是重要的新證據，但他認為它不是決定性的。“它們增加了一系列間接證據，表明光合作用在太古宙末期已經進化，但我們仍然沒有掌握確鑿的證據，”Tice 說。
Westall 在法國蒙彼利埃舉行的 Origins2011 會議上介紹了她所在小組的發現。
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2011 年 7 月 6 日首次發表。