[论文解读] Self-assembled versus biological pattern formation in geology

Julyan H. E. Cartwright, Charles S. Cockell+12 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2026

Origins and Evolution of Life被引用 0

一句话总结

本评审比较地质模式形成中的非生物自组装与生物过程，强调区分非生物与生物来源结构的标准，并概述矿物、黏土与生物形态的示例。

ABSTRACT

Both abiotic self-organization and biological mechanisms have been put forward as the origin of a number of geological patterns. It is important to comprehend the formation mechanisms of such structures both to understand geological self-organization and in order to differentiate them from biological patterns -- fossils and bio-influenced structures -- seen in geological systems. Being able to distinguish the traces of biological activity from geological self-organization is fundamental both for understanding the origin of life on Earth and for the search for life beyond Earth.

研究动机与目标

• 澄清什么构成地质模式以及如何被识别为非生物或生物性。
• 调查具有类似生命形态的地质结构，以评估竞争的形成机制。
• 讨论对地球早期生命及地外生命探寻的意义。
• 通过对比非生物与生物形态形成，提供区分伪化石与真正化石的标准。

提出的方法

• 对与生物形态相似的地质模式进行文献调查与综合。
• 比较非生物化学与物理过程所产生的形态与生物学所产生的形态。
• 讨论管状、丝状、球状、带状等模式的非生物与生物起源的实验与观测证据。
• 以玄武岩玻璃、黏土和生物形态的案例研究来说明不可区分的模式。
• 提出诊断性考虑因素与未来方向，包括机器学习方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 在地质背景下，哪些标准可以将生物源与非生物模式区分开来？
• RQ2 哪些形态在非生物与生物模式形成中都常见，如何区分它们的起源？
• RQ3 化学仿生与自组织的非生物系统如何在地质中模拟生命样形态？
• RQ4 在确认生物性或其缺失时，环境、同位素特征和模式分析的作用是什么？
• RQ5 AI/ML的进步如何有助于在地质模式中识别生物信号？

主要发现

• 地质中的许多结构展现出可能由非生物或生物过程产生的生物般形态。
• 管状、丝状和球状模式可由生物活动与非生物自组装在矿物和玻璃中共同产生。
• 黏土中的蜂窝纹理及其他形态可通过纯物理化学过程形成，在生物标志物工作中需谨慎解读。
• 高岭土小册子及相关黏土生物形态可在非生物条件下形成，尽管在特定条件下微生物可以影响或催化其形成。
• 环境内含轨迹、脱气管道和化学生物矿结构展示了微观尺度的模式在非生物条件下也能类似生物形态。