硅质热泉沉积环境至少在地球上已经存在了35亿年。这些环境被认为对生命的起源和早期演化至关重要,因为它们有助于有机化合物的积累和聚合。此外,在这些环境中形成的沉积物能够很好地保存生物材料的形态学结构,因此为研究古生态系统提供了重要的依据。值得注意的是,这些环境不仅与地球早期生命研究相关,还对火星等其他行星天体上的生命探寻具有重要意义,而硅质沉积物在这些地外环境中也已被发现。
在成岩过程中,硅质热泉沉积物中可以保存微生物的形态结构。然而,微生物与硅质沉淀/聚合之间的关系仍然不明确。一些研究提出有机物提供了成核位点,而其他研究则支持硅质的非生物成因。尽管微生物在硅质形成中的作用尚存争议,但已有多项研究探讨了有机物在硅质热泉环境中的存在。其中部分研究强调了微生物脂类生物标志物在长时间尺度中的保存潜力,但也有观测表明硅质热泉环境中的有机物在数年到数千年内被降解。
古菌是现代地球微生物群落的重要组成部分,尤其在硅质热泉系统等极端环境中高度富集。它们的起源可追溯到太古宙。类异戊二烯醚脂是古菌的细胞膜脂。保留原始醚键结构的古菌脂质,已在现代硅质热泉沉积物及受热液活动影响的更新世燧石中被成功提取。然而,目前尚未有研究报道从古老硅质环境中发现的古菌脂质记录。这可能是由于硅质热泉沉积物的地质记录稀少且常被忽视,因此可能存在采样偏差。来自其他环境的古菌脂质的成岩产物虽然存在,但在中生代之前的岩石中较为罕见,从而引发了关于古菌脂质存在“深时保存悖论”的假说。
哥廷根大学地球科学中心地球生物学系和德国联邦地球科学与自然资源研究所的学者模拟了普遍存在的古菌脂质的成岩过程,包括古菌醇和类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚(isoGDGTs),在存在/缺失初始无定形硅的条件下,通过将这些化合物置于金制反应舱中,在250°C和300bar压力下进行14天的加热实验。此外,还将这些化合物早期成岩行为与三硬脂酸甘油酯进行了比较。研究结果提供了关于古菌醇和isoGDGTs在硅质存在条件下的成岩演化规律,从而为理解这些广泛使用的生物标志物在硅质热泉系统中的长期保存机制提供了新的认识。