发现地底生命的关键——矿物

Eric Ellison, University of Colorado, Boulder

几乎所有的地质学体系中都包含着明显的矿物，而矿物是发现生命的关键。

一些科学家把矿物切割成人眼几乎看不见的透明薄片并进行观察，研究矿物中的宿主生命，以寻找地底微小生命曾经存在的痕迹。

埃里克·埃里森就在做这样的事情。他是科罗拉多大学波尔得分校--显微拉曼光谱实验室的管理员和应用开发者，他的实验室的重要工作之一，就是利用拉曼光谱来分析从地底深处采集的岩石样本，分析其中的矿物成分、结构和相互关系。

这看起来与上篇介绍的古生物化石研究有相似之处，都是研究过往生命的载体从而探寻其存在的痕迹，然而不同的是，埃里克·埃里森是通过研究岩石中矿物的化学反应来判断生命是否存在过。

埃里森主要研究的是橄榄岩中的矿物。橄榄岩是一种存在于地幔中的岩石，这种岩石在地球深处高温、高压和缺氧的环境下形成，这与地表多水且低温的环境相去甚远。当这些岩石通过地质活动移动到地球表面时，会与环境发生反应，这个过程称为“蛇纹石化作用”。

“这些岩石的化学反应就像生锈。”埃里森形象地表示。“橄榄岩中的矿物富含铁，与水发生化学反应后导致铁被氧化，水则被分解并释放出氢气。”对于宿主在岩石中的细菌以及古生菌类单细胞微生物来说，氢气就是它们的能量来源，它们能够将氢与二氧化碳结合起来, 最终转化为自身所需要的能量。

通俗的来说，这些细菌及单细胞生物是以气体为食。当我们发现岩石的矿物中能够发生相关的化学反应，就意味着有了适合微生物生存的环境。

远古生态系统是否存在过？是否普遍的存在？其中有多少可供生命利用的能量？探寻这些古老的矿物中的化学反应，我们就会得到答案。除此之外，科学家们还可以通过这种方式揭秘其他星球上是否存在类似的岩石宿主环境。

虽然矿物并不难寻找，但这些矿物大多聚集在一起十分复杂，如何判断适合微生物生存的环境成为重要课题。

“拉曼光谱能够告诉我们矿物中的化学成分和结构变化，并了解它们之间的相互关系，从而判断岩石中发生的化学反应，以及这一反应环境是否适合微生物的生存。”埃里森如是表示。

埃里森使用的是配备了共焦拉曼显微镜的LabRAM HR Evolution 拉曼光谱仪，他把岩石切割成可以在显微镜下观察的透明薄片，利用拉曼光谱对岩石中的这些矿物成像。

“拉曼是一种强有力的分析技术，它对晶体结构非常敏感，可以展示出矿物结构。科学家们就是通过这些来判断相关的化学反应是否发生过，从而破译深层地下找到的岩石如何为微生物生命创造栖息地。”

除此之外，拉曼光谱还能帮我们识别隐藏的稀少且细小的矿物。水镁石是埃里森经常见到的矿物， “但如果没有拉曼, 我很难知道它们是否存在。” 埃里森如是说道。

HORIBA LabRAM HR Evolution in the CU Raman Microspectroscopy lab at the University of Colorado Boulder

生命的探寻总是一步一步，循序渐进。

除了橄榄岩等矿物的研究，埃里森还开展了名为 "推动生命的岩石（Rock Powered Life）"项目，致力于揭示从岩石圈（地壳和地幔）到生物圈的能量流动机制。该项目由NASA的天体生物学研究所支持，目的是为了进一步寻找其他行星上可能存在的生命痕迹。

生命轨迹探寻的方式并不局限，从之前介绍过的南极冰下湖沉积物研究，到上篇中化石的研究，科学家们通过研究那些经过几百年甚至上千年的演变而形成的生命载体——岩石，来寻找生命遗迹。在如今气候日益恶化的环境下，这一探索也许能为我们探寻人类发展的进程给出可供参考的案例。至于如何为人类发展给到可供参考的信息，欢迎在往期文章中寻找答案。