失落城市的前世今生 白堊紀海洋地殼的深部生物圈遺跡

探索生命的極限，不僅為許多科學家關注的議題，也經常成為電影或科幻小說裡讓人們無限想像的素材。然而這樣的工作，往往受限於取樣與分析工具的發展，即使經過了科學家們長時間的努力，我們於這相關的議題上，仍僅有非常有限的認識。若把這樣的主題，拉至地質時間的尺度，進而驗證地質學裡一個重要的概念 - the present is the key to the past，除了受限於探索現今世界會遭遇的種種困難，樣本與生命跡象的保存與辨識，皆成為更大的挑戰。

“失落城市” 海底熱泉系統 (Lost City hydrothermal field) 位於中大西洋洋脊西側 20 公里，與典型的深海黑煙囪系統十分不同的地方在於，其釋出的流體溫度較低、pH 值達 9-11、氫氣與甲烷含量高、金屬含量低，並形成眾多高聳的碳酸鹽煙囪柱，孕育多種獨特的大型動物與微生物。這樣的流體化學特徵，主要是因構成海洋地殼的橄欖岩 (peridotite) 與海水反應，進行蛇紋岩化 (serpentinization) 作用，產生大量的氫氣、甲烷、蛇紋石與氫氧鎂石 (brucite)。氫氧鎂石的解離，釋出氫氧離子，造成流體的高鹼度，並促使碳酸鹽的沉澱。經由這樣反應產生的氫氣與甲烷，提供了豐沛的能量，使得分布於碳酸鹽煙囪柱不同位置、具備不同代謝功能與生理特性的微生物族群得以繁衍。

有別於探索現生的 “失落城市” 海底熱泉生物圈， Klein 等人利用了 1993 年 ODP (Ocean Drilling Program) 149 航次 897 孔位鑽探所獲取的岩心，檢視是否能於地質時間尺度中，發現 “失落城市” 類型的生物族群。此孔位位於伊比利半島的外海，鑽探穿透了早白堊紀的沉積物，至代表海洋地殼的基盤岩石。這基盤物質為盤古大陸 (Pangea) 張裂時的產物，於海床下 690-840 公尺深度，主要由蛇紋岩構成，其上半部破碎並有方解石與氫氧鎂石岩脈的截切。於破碎蛇紋岩底部的岩脈，方解石稀有分子同位素 (clumped isotope) 的成分，指示其形成溫度為攝氏 27-36 度，代表形成岩脈的流體環境，適合嗜常溫 (mesophilic) 微生物的生存。岩脈富含有機碳 (可達 0.5%)，於方解石與氫氧鎂石內部，有許多 2-200 微米大小的高碳量球形或桿形包裹體，其拉曼光譜的震動偏移 (vibrational shift) 指示著胺基酸、碳水化合物與蛋白質等有機分子。有機質譜化學的分析進一步確認，這些包裹體，含有可用於指示細菌或是古菌細胞膜的脂質分子。雖然有機分子，也可透過礦物與稀有金屬的催化，經由高溫無機反應合成，然而環境的溫度指標，顯示這研究所偵測到的有機分子 (特別是脂質分子) 可能源自於生物，指示過去生物存在的證據。

低溫流體蝕變橄欖岩所產生的礦物，記錄了白堊紀大西洋底，類似現今 “失落城市” 海底熱泉系統可能的生物訊號，這對未來探索地質紀錄中最早的生命訊號或其他星體可能的生命特徵，提供一個重要的參考。

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