《Precambrian Research》：Morphology and C-isotopic composition affirm biogenicity of Mesoarchean sphaeromorph organic-walled microfossils from the ～3.0 Ga Farrel Quartzite, Western Australia
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碳质板岩中含丰富形态多样的微化石，包括未明生物属性的丝状、球状及透镜状结构。研究通过拉曼光谱、红外光谱及纳米SIMS等技术，证实3.0 Ga Farrel Quartzite的柔性壁大型球状体（FWLSs）具有生物生成特征，其化学组成与同位素分析支持早期微生物演化。
杉谷健一郎|佐佐木康平|石田秋泉|伊藤基子|石桥香穗|山本麻里子|桥口美奈子|阿吉奇赫达|斯坦利·M·阿夫拉米克
名古屋大学环境研究研究生院，日本名古屋464-8601
摘要
位于西澳大利亚皮尔巴拉克拉通、约30亿年前的法雷尔石英岩中的碳质燧石含有丰富的形态多样的微化石，包括丝状物、球形体以及性质不明的透镜体，还有薄膜。这些微化石具有有机质壁，其中一些与较年轻的（元古代）球形体相似，并且可以通过花粉学酸处理方法提取出来。因此，它们代表了最古老的有机质壁微化石（OWMs）和非花粉类孢粉体的记录。法雷尔石英岩中的OWMs主要由透镜体组成，其次还包括柔壁大球形体（FWLSs）和薄膜，但后者至今尚未得到充分描述和研究。在本研究中，我们报告了FWLSs的形态、结构以及化学特征，包括拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和碳同位素组成，所有这些证据都表明它们具有生物起源。这些FWLSs在岩石薄片中的分散分布，以及缺乏与分裂等繁殖阶段相对应的形态，表明它们处于静止状态，这一方面仍有待进一步探索。提取出的FWLSs的主要轴长范围为67微米至247微米，平均值为180微米，这与可以通过酸处理提取的元古代及32亿年前的南非OWMs相当。本研究为早期能够产生柔韧且耐酸的大型囊状结构的微生物的演化提供了额外证据。
引言
有机质壁微化石（OWMs，传统上也称为孢粉体）是由碳质壁构成的细胞微化石，可以通过酸处理（在室温下使用氢氟酸和盐酸进行分解）从宿主岩石中提取出来。它们包括植物花粉、孢子和由高度耐化学物质的化合物（如孢粉素）组成的囊泡（例如，Fraser等人，2014年；Yule等人，2000年），尽管其中许多微化石的生物学亲缘关系尚不清楚。除了花粉外，孢粉体通常被归类为OWMs和非花粉类孢粉体（Agi?和Cohen，2021年），这些研究有助于我们理解生命的早期演化。
虽然前寒武纪的OWMs主要来自元古代地层，但只有少数来自太古代地层。迄今为止，最古老的OWMs是来自西澳大利亚皮尔巴拉克拉通约34亿年前的斯特雷利池地层的透镜状微化石（Sugitani等人，2011年；Sugitani等人，2015年；Sugitani等人，2015年），以及来自南非约32亿年前克卢萨地层的柔壁大球形体（以下简称FWLSs）（Javaux等人，2010年）。南非FWLSs的直径范围为60至300微米。类似的较大球形体微化石也曾在南非25亿年前的加莫汉地层中被报道（Czaja等人，2016年），但尚未从岩石基质中成功提取出来。尽管这些太古代FWLSs被认为可能是光自养生物（Javaux等人，2010年）或化能自养生物（Czaja等人，2016年），但它们的代谢方式和生物学亲缘关系仍不清楚。
西澳大利亚皮尔巴拉克拉通约30亿年前的法雷尔石英岩中的碳质燧石含有形态多样的碳质微结构，包括小型（<15微米）球形体、壁厚较大的球形体（约60微米）、FWLSs（约250微米）、具有称为“法兰”的片状突起的透镜体、薄膜，以及薄（<5微米）和厚（>10微米）的丝状物（例如Sugitani，2022年）。一方面，基于多学科研究，小型球形体和透镜体的生物起源已被广泛论证（Grey和Sugitani，2009年；House等人，2013年；Oehler等人，2009年；Oehler等人，2010年；Oehler等人，2017年；Sugitani等人，2007年；Sugitani等人，2009年；Sugitani等人，2011年；Schopf等人，2010年；Sugahara等人，2010年）。另一方面，虽然使用岩石薄片和少量酸处理样品对壁厚较大的球形体、薄膜和FWLSs进行过描述，但对其研究还不够深入。在这三种类型中，FWLSs特别值得关注，因为它们在形态上类似于元古代常见的球形微化石，其中一些可能是真核生物。此外，25亿年前的加莫汉地层和32亿年前的克卢萨地层中的微化石也可以归类为FWLSs。然而，太古代FWLSs在生命早期演化中的意义及其与元古代对应物的系统发育关系尚未完全明了。因此，本研究旨在探讨法雷尔石英岩中FWLSs的生物起源和保存情况。为此，我们采用了多种方法，包括微拉曼光谱、傅里叶变换红外显微光谱（Micro-FTIR）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和纳米级二次离子质谱（Nano-SIMS），以及传统的岩石学显微镜技术。
地质背景
本研究中的法雷尔石英岩位于西澳大利亚皮尔巴拉克拉通北部边缘的戈尔德斯沃西绿岩带（GGB）（补充数据1）；GGB由格兰特山、戈尔德斯沃西山及未命名的山脊组成（图1a）。GGB的沉积层序主要由30.2–30.1亿年前的戈奇溪群和上覆的克罗伊登群组成（统称为德格雷超群）。戈奇溪群包括下部的法雷尔石英岩
样品
本研究使用了从两个地点采集的五个岩石样品（地点1：S20°22’43.8”，E119°26’54.1”；地点2：S20°22’40.1” E119°27’00.5”及其周边区域）。地点1采集的样品编号为MGT2011-03b和MGT2023-02，地点2采集的样品编号为MGT2005-26&27、MGT2014-03和MGT202301d。这些样品均来自CE2层中的同一黑色燧石层。手标本、岩板和薄片目前都保存完好。
FWLSs的鉴定与丰度
在岩石薄片中，FWLSs呈现为各种压缩和皱褶的球形体结构，其中一些形状非常不规则（图3）。有些曾被误认为是破碎的生物膜（参见Sugitani等人，2007年的图10c和d；另见Sugitani，2022年）。然而，真正的薄膜状结构形状较窄，边缘通常不规则，有些还具有平行皱纹。它们偶尔也会分枝或分层（Sugitani等人，未提供详细信息）
FWLSs的生物起源
法雷尔石英岩中FWLSs的生物起源是通过其共生性、原生性、形态和结构变化、囊泡壁的物理性质和埋藏学特征以及化学和同位素组成来确定的。
结论
本研究考察了西澳大利亚皮尔巴拉克拉通30亿年前法雷尔石英岩中的柔壁“囊状”大球形体（FWLSs）的生物起源。这些FWLSs与岩石薄片中的小型球形体和透镜状微化石紧密共存，我们还将FWLSs从其宿主岩石中提取出来。为了评估其生物起源，我们对提取出的样品以及原位样品进行了多学科分析。
作者贡献声明
杉谷健一郎：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、方法学研究、资金申请、数据分析、概念构建。
佐佐木康平：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、方法学研究、数据分析、数据管理。
石田秋泉：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究、资金申请、数据分析。
伊藤基子：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
非常感谢日本学术振兴会（KAKENHI项目编号22340149、24654162和19H02013）对K.S.的资助。K.S.还要感谢名古屋大学的同事们，包括高木奈津子女士和藤谷瑞女士提供的技术支持，以及三村公一博士在野外工作方面的协助。同时，我们也感谢竹内美幸博士使用纳米技术平台项目提供的NanoSIMS50L设备提供的技术支持。
