太古的生命體是在怎樣的環境中生存，又是以何種機制獲取能量的呢？這些問題的重要線索已被找到。由日本東京大學大氣海洋研究所的笹木晃平特任研究員、高畑直人助教，千葉大學研究生院理學研究院的石田章純副教授，日本東北大學研究生院理學研究科的掛川武教授，名古屋大學研究生院環境學研究科的杉谷健一郎教授等人組成的研究團隊，從約34億年前的岩石中發現了地球史初期生命利用硫酸根離子進行呼吸的痕跡。相關研究成果已發表在期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。
圖1 黃鐵礦與有機物質形成的連續同心圓結構（供圖：東京大學）
直徑約0.01毫米的代表性同心圓狀（膠狀）黃鐵礦電子顯微鏡圖像，以及利用奈米二次離子質譜儀（NanoSIMS）獲得的硫、碳、矽離子映射圖像。由硫和鐵構成的黃鐵礦具有核心及周圍的多層結構，其層間的微生物殘骸（=有機物質）以碳分佈的形式被視覺化。
作為太古代（約40～25億年前）的初期生命，除光合細菌、產甲烷菌等之外，硫代謝微生物的存在此前一直通過沉積岩的同位素資訊等加以推測。另一方面，能夠直接展示硫代謝微生物生存環境的地質證據較為匱乏，初期生命如何以及在何種環境中獲取生命必需元素硫，此前一直是未解之謎。
研究團隊採集了澳大利亞斯特雷利池層（Strelley Pool Formation）34億年前淺灘沉積形成的岩石，並從該樣品中發現了直徑約0.01毫米、具有同心圓狀結構（膠狀）的黃鐵礦。通常情況下，沉積物等地層中無機形成的黃鐵礦以立方體形態產出，因此可推測膠狀黃鐵礦存在某種不同的形成過程。
研究團隊發現在這一特徵性結構中夾有微米尺度的有機物質層，並推測其為微生物活動的痕跡。因此，除開展傳統碳同位素分析外，研究團隊還開展了能夠記錄硫代謝痕跡的硫同位素比值分析。分析導入了奈米二次離子質譜儀，以0.01毫米以下的高分辨率測定了同心圓結構內硫同位素比值的變動與有機物質分佈的對應關係。
結果顯示，膠狀黃鐵礦中存在從內部到外部變化幅度達20%以上的系統性硫同位素分布。此外，研究還首次明確了在該同位素分布的邊界處存在具有生物來源碳同位素比值的層狀有機物質。
這些結果表明，膠狀黃鐵礦是由進行硫酸鹽呼吸的生物活動（異化硫酸鹽還原）形成的，意味著在34億年前的淺灘環境中，已經建立了以硫酸鹽呼吸為核心的某種生態系統。
太古淺灘孕育的生命
這是首份通過地質樣品微區硫同位素分析，明確證實即便在被普遍認為氧氣稀薄的太古期，初期生命也曾棲息於由淺灘熱液補給與蒸發環境共同形成的局部富硫酸鹽「硫綠洲」中的研究報告，使人類對早期地球元素循環與生命活動的理解取得了重大進展。該成果不僅為闡明初期生命在資源限制條件下如何演化獲得代謝策略提供了線索，還有望作為強有力的礦物學生物標誌物，應用於未來的生命起源研究，以及近年來探測器已證實存在含硫有機物質的火星生命探測等領域。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Geochimica et Cosmochimica Acta
論文：Microbial activity preserved in 3.4 Ga colloform pyrite: A micro–scale sulfur isotope analyses
DOI：10.1016/j.gca.2026.03.005
