来自青藏古湖淡化期的晚渐新世微生物结构分子的指纹：来自中亚准噶尔古湖的微生物岩构造研究

作为气候时间胶囊的古湖石

在当今中国西北的荒漠中，地质学家发现了一些来自已消失湖泊的圆形石球，这个湖曾覆盖中亚的一部分。这些并非寻常岩石：它们是微生物岩——由湖底微生物群落在数百万年间逐层堆积而成的层状结构。通过解析这些石头中封存的化学“指纹”，作者展示了微小生物如何记录邻近山脉的抬升、湖泊的淡化与变浅，以及中亚更为干燥气候的到来。

来自消逝湖泊的层状“圆玉”

这项研究集中在准噶尔盆地形成于约2500–2300万年前的大型球状体，称为球状结核（oncolites），其尺寸从高尔夫球到葡萄柚大小不等。当时盆地曾有一片深而常呈含盐性的湖。对这些球体的精细切样与成像显示出嵌套的洋葱状结构：由早期碎屑组成的核心、呈不规则结节状的中层，以及平滑且厚度均匀的外层。化学分布图表明这些层带在富钙带与富铁、锰的较暗涂层之间交替。岩石织构与现代浅湖中微生物垫所形成的沉积物极为相似，提示古代微生物群落在这些结构的形成中发挥了重要作用。

以石头筑造的微生物

在显微镜下，作者发现纳米级的铁、锰氧化物晶体与有机物痕迹紧密交织。这种配对指向那些利用氧将溶解金属转化为固体涂层的细菌，从而在球体中留下暗色带。在其他层位中，碳酸盐呈现为极细、近似玻璃状的颗粒，被解释为无定形碳酸钙——在现代环境中已知可在微生物薄膜作用下沉淀。整体的纹理与矿物证据表明，不同类型的微生物——有的形成黏性的菌垫，有的介导金属氧化——与水动力条件的变化配合，共同塑造了每个球体的三大区带。

古代微生物群落的分子线索

对生命作用的最有力证据来自分子化石——那些在细胞分解后长期保存下来的稳定有机分子。研究者将“游离”有机化合物与紧密结合在碳酸盐基体中的化合物分离开来。在矿物框架内部，他们发现了一组饱和脂肪酸，这些精细分子若非在异常良好的保护下，几乎不会保存数千万年。其碳链长度与分布模式表明群落以细菌为主，特别是蓝细菌（进行产氧光合作用的微生物），以及以甲烷为食的其他细菌。另一些诊断性分子如霍潘烷（hopanes）和甲基霍潘烷含量异常偏高，进一步支持了主导这些结核形成的是原核微生物，而非藻类或其他复杂生物，并且形成过程中经历了氧化条件的波动。

山脉抬升、湖泊变化、微生物的响应

将这些分子“指纹”与碳酸盐中的碳氧同位素测量结果结合后，研究团队将微生物生长与更大尺度的环境剧变联系起来。就在这些球结核生长的时代，附近的天山加速抬升，改变了流域格局。流入湖泊的淡水增多，湖面变浅，曾经深且缺氧的水体变得更混合且含氧。球结核与周围岩石中的同位素变化记录了这种淡化过程。同时，水动力学的变化——湖底更强的波浪与水流——使生长中的微生物球在底部滚动，有助于其外层形成平滑的包衣。这些事件发生在中亚进入更干旱阶段之前，该阶段以塔克拉玛干等沙漠的扩展为标志。

这些古湖石告诉我们的地球过去

对非专业读者而言，结论是这些表面看似简单的石球实际上是环境变化的详细档案。它们的内部组织、金属涂层与保留的分子共同表明，繁盛的微生物群落在湖泊变浅、淡化并变得更为湍动的过程中反复沉积碳酸盐层。与此同时，它们生长的时序与一波构造抬升及向现代干旱气候过渡的初期阶段相一致。该研究证明了微生物岩可以作为构造力、水化学与微生物生命相互作用的敏感记录器——为解读地球深时的气候与地貌史提供了有力工具。

引用: Zhao, Z., Wu, C., Cui, X. et al. Molecular fingerprinting of microbial consortia in late Oligocene microbialite architectures from a freshening Junggar paleolake, Central Asia. Commun Earth Environ 7, 218 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03253-0

关键词: 微生物岩, 古湖泊, 中亚气候, 构造抬升, 分子化石