誰是地球上最早出現的生物？2-27-2013

 

誰是地球上最早出現的生物？2-27-2013

    長久以來心中一直縈繞著一個困惑，為何有那麼多中文的網頁都說：「地球上最早出現的生物是藍綠藻(菌)？」；而反觀英文的網頁卻又完全不是那麼一回事？請看(圖1.)



圖1. 英文的網頁認為藍綠藻(blue-green algae)出現於first life之後，顯然藍綠藻非最早出現的生物。

圖片來源：http://williambrownscienceoflife.com/?page_id=201

    最近翻閱了若干國中的教科書，終於明白了，因為國中生物或地球科學教科書上清楚的寫到：「根據目前所發現的化石，最早可回溯到大約30多億年前的藍綠藻。」

    凡事必有因，為何國中的生物或地球科學教本，會有如此奇怪的敘述呢？故事的緣起是在1980年，美國洛杉磯加州分校(UCLA)的一位古生物學家蕭夫博士(Dr. J. William Schopf)及他的團隊，在澳洲西部一個當地原住民稱為Warrawoona Formation的岩層中，宣稱發現一些類似藍綠藻的化石，而且這些岩層非常古老，估計有35億年的歲月。隔年(1981年)十月號的《科學的美國人》；(Scientific American)David I. Groves 等人就以《一個早期蘊含生命的棲所》《An Early Habitat of Life》報導了此一發現。

David I. Groves, John S. R. Dunlop, and Roger Buick. 1981 (Oct).

"An Early Habitat of Life." Scientific American 245(4):73.

    七年後蕭夫博士(Dr. Schopf)及他的研究生Bonnie M. Packer聯合在1987年7月3號的〈Science〉期刊上發表了一篇正式的學術論文：太古宙早期(33億到35億年前)從澳洲Warrawoona地層獲得的微化石。

J. William Schopf and Bonnie M. Packer. 1987 (Jul 3).

"Early Archean (3.3-Billion to 3.5-Billion-Year-Old) Microfossils from Warrawoona Group, Australia."

Science 237:70, 72.

    到1993年 Schopf教授又在1993年4月30號的〈科學〉期刊上再度撰文，強調他的重大發現，並附上更詳細的描述。蕭夫博士說在這些燧石切片標本中，他們不但發現生命的跡象，而且發現多達15種似絲狀藍綠藻微生物(trichomic cyanobacterium-like microorganisms)的化石。



圖2. 1993年Dr.Schopf發表於〈Science〉上的圖，黑底為光學顯微鏡下的照片，白底為翻畫的藍綠藻圖。

圖片來源：http://gerdapeacheysviews.wordpress.com/mistaken-microfossils/

J. William Schopf. 1993 (Apr 30).

"Microfossils of the Early Archean Apex Chert : New Evidence of the Antiquity of Life."

Science 260:640, 642f.

    一開始有些古生物學家，懷疑蕭夫博士這些證據薄弱的微小化石(Microfossils)的真實可靠性，可是說也奇怪若干年後，卻變成了一般生物學教科書普遍接受的觀點。

    甚至包括我們國中的生物學教本也如此敘述：「地球上最早的化石發現於澳洲西部，是屬於藍綠藻的化石。」

    在此，我先想讓網友們瞭解一下，這些墨黑色，長度約20～40μm，寬度約2μm的所謂似藍綠藻化石的顯微照片，是如何拍得的。然後您可能就會有一些自己的想法，這樣的實驗結果是否有點太粗糙了些？或其他？

一、先將內含化石的燧石(chert)標本切成300μm的薄片：

圖3. 將內含化石的燧石(chert)標本切成300μm的薄片。

二、切好後將薄片打磨數小時，直到成透明狀：





圖4. 將薄片打磨數小時，直到成透明狀。

三、放置於光學顯微鏡下觀察。

圖5. 放置於光學顯微鏡下觀察。

    2002年，牛津大學以Martin Brasier為首古生物學家團隊，在〈Nature〉期刊上發表了一篇文章，他們到澳洲在同一地區的岩層做了一系列而且更廣泛的分析，他們的結論是：那些看來像是微小化石(microfossils)的結構，其實只是石墨(graphite)經長時間變化後的次級產物(secondary artefacts)，而非如蕭夫團隊宣稱的擬似藍綠藻的化石。文章發表於2002年3月7日的〈Nature〉題目是《對地球上最古老化石証據之質疑？》；《Questioning the evidence for earth’s oldest fossils？》 Nature 416:76f

圖6. Martin D. Brasier博士團隊發表在2002年3月7日〈Nature〉期刊論文的第一張圖。標明當年Dr.William J.Schopf採集標本的位置是在4及Dr.Brasier團隊他們的採集範圍是1～9。顯然Dr.Brasier團隊的採集範圍要廣泛許多。

    這事情就這樣成為懸案了嗎？當然不是，科學家都有打破砂鍋問到底的精神。2011年3月18號的〈自然 地球科學〉；〈Nature Geoscience〉期刊，發表了一篇美國堪薩斯州立大學Alison Olcott Marshall博士的論文，堪薩斯州立大學擁有美國最先進，解析力最強的雷尼紹拉曼光譜儀(Renishaw Ramen Spectrometer)。

    堪薩斯州立大學的馬紹爾(Marshall)地質學副教授團隊，也來到西澳當年Dr. Schopf同樣的採集地點，Marshall指出，我和同事們來到Warrawoona Formation地方的岩層進行採樣，我們找到了之前Dr. Schopf的微生物化石採集點，以每間隔10公尺的距離進行採樣，以便從中密集分析這些化石中是否有微生物的形成。

    然後他們將這些岩層樣本運回堪薩斯大學進行進一步的分析研究，研究人員們將：

1. 有些燧石樣本切割成300μm薄度的切片，這是之前Dr. Schopf研究人員進行實驗的切割薄度。

2. 有些燧石樣本切割成30μm薄度的切片，如此可使更多的光線透過薄切片，當然用普通顯微鏡進行觀測時，可看到更清晰的影像。

Dr. Marshall說︰「我們能夠看到之前實驗未看到過的多種類型紋理及詳細的結構狀況。」Alison Olcott Marshall又說︰「我們並未發現任何微生物化石跡象，我們僅是發現貌似生命跡象的礦石，但之前它卻被古生物界視為地球上最古老的生命體。」

圖7. Marshall副教授指導的研究生Julienne Emry 拍攝的燧石顯微照片，我們一般人當然無法做專業的判斷，只不過此照片怎麼看也不像藍綠藻的化石(請參考圖8.)？Photomicrograph of clast in rock showing features under discussion (arrows point to some of these) (Photo by Julienne Emry)

圖片來源：http://archive.news.ku.edu/2011/march/15/fossil.shtml

 

圖8. 藍綠藻(菌)之一種。

    接下來，研究人員使用最先進精密的雷尼紹拉曼光譜儀(Renishaw Ramen Spectrometer)進行分析，該儀器是堪薩斯州大學專門用來從事古生物化石研究的。Marshall說︰「我們用激光轟擊樣本切片，誘導切片中的分子微粒發生震動，同時將該切片用不同波長光線散射照射。這種方法可適用於分析不同的礦物質或者不同的有機物質，同時也可使用該方法鑒別樣本的成份。」

    Dr. Schopf的論文中聲稱：「藍綠藻化石中，發現證實生命存在跡象的類碳物質。」，Marshall強調說：「我們的最新研究顯示岩石樣本切片中確含有碳質元素，但並不是之前Schopf研究中具有含碳物質的微生物結構。」

    科學的進展過程上有不同意見應該是很好的事情，同行間的爭執辯論常常更是科學進步的原動力。我只能執筆到此，剩下來就請有興趣的網友們，做一個小心謹慎的判斷吧！

    誰是地球上最早形成的生物化石？厚壁細菌？非綠硫菌？綠硫菌？變形細菌？還是藍綠菌(藻)？或其他不能產生氧氣的細菌最早？

    國中的教科書只憑著一家之言，驟然就下定論！總讓人覺得太草率了些。