科學家揭曉地球生命演化關鍵突破

德國凱澤斯勞滕-蘭道大學的研究團隊近期發表了一項突破性發現，為地球早期生命的演化提供了全新視角。這項研究挑戰了過去對生物可利用氮素限制的假設，並揭示了深海熱泉在地球生命起源中扮演的重要角色。

氮素是構成蛋白質等生命物質的關鍵元素，雖然大氣中富含氮氣，但絕大多數生物都無法直接利用。現代生物主要依賴微生物將大氣中的氮氣轉化為可吸收的氮化合物，這種過程稱為固氮作用。然而，對於數十億年前地球早期環境中的氮素來源與利用方式，科學界仍存在許多疑問。

地質微生物學家Michelle Gehringer博士率領團隊，開發出一種創新測量方法，證實生物固氮作用在不同大氣組成下仍能保持穩定。研究團隊特別關注氮的兩種穩定同位素——¹⁵N和¹⁴N的比例變化。Gehringer博士解釋：「現代微生物在代謝過程中會以特定比例利用這兩種同位素，我們透過燃燒含氮生物質並收集產生的氮氣來進行測量。」

研究團隊在模擬地球早期環境（無氧且高二氧化碳濃度）下培養藍綠菌，發現其¹⁵N/¹⁴N比例保持穩定。這項發現支援了該比例在地球歷史中保持恆定的假設。基於此，Gehringer博士與英國諾森比亞大學的Ashley Martin博士、聖安德魯斯大學的Eva Stüeken博士合作，進一步研究27億年前疊層石中的氮迴圈。

研究人員分析了儲存完好的古老岩石樣本，發現與現代疊層石不同，古代有機物質並非完全依賴藍綠菌的固氮作用。Gehringer博士指出：「研究結果顯示，這些生物還吸收了以溶解態銨鹽形式存在的氮，而最可能的來源就是海底熱泉活動。」

這項發現顛覆了過去認為地球早期生命受限於生物可利用氮素不足的觀點。研究證實，深海熱泉提供的銨鹽在氮素迴圈中扮演重要角色，使得生命得以在深水和淺海環境中蓬勃發展。Gehringer博士強調：「這促進了微生物多樣性的形成，我們今天看到的許多微生物可能都源於此。」

這項研究對尋找外星生命也具有重要意義。Gehringer博士表示：「火星和太陽系外圍的冰衛星上已發現熱泉活動的證據，這些地方可能正在或曾經發生類似地球早期的生命演化過程。」這項突破性研究已發表於《自然通訊》期刊，為理解地球生命起源提供了全新視角。