Zróżnicowane życie drobnoustrojów istniało na Ziemi co najmniej 3,75 miliarda lat temu, sugeruje nowe badanie prowadzone przez naukowców z UCL, które kwestionuje konwencjonalny pogląd na to, kiedy zaczęło się życie.
W ramach badań, opublikowanych w Science Advances, zespół badawczy przeanalizował skałę wielkości pięści z Quebecu w Kanadzie, której wiek szacuje się na 3,75-4,28 miliarda lat. We wcześniejszym artykule w Nature (patrz poniżej) zespół znalazł w skale maleńkie włókna, gałki i rurki, które, jak się wydaje, zostały stworzone przez bakterie.
Jednak nie wszyscy naukowcy byli zgodni, że te struktury – datowane na około 300 milionów lat wcześniej niż to, co jest powszechnie akceptowane jako pierwsza oznaka starożytnego życia – mają pochodzenie biologiczne.
Teraz, po szczegółowej analizie skały, zespół odkrył znacznie większą i bardziej złożoną strukturę – łodygę z równoległymi gałęziami po jednej stronie, która ma prawie centymetr długości – a także setki zniekształconych sfer lub elipsoid. obok rurek i włókien.
Naukowcy twierdzą, że chociaż niektóre struktury mogły powstać w wyniku przypadkowych reakcji chemicznych, „podobny do drzewa” pień z równoległymi gałęziami był najprawdopodobniej pochodzenia biologicznego, ponieważ nie znaleziono podobnej struktury stworzonej wyłącznie przez chemię.
Zespół dostarcza również dowodów na to, w jaki sposób bakterie uzyskują energię na różne sposoby. Odkryli w skale zmineralizowane chemiczne produkty uboczne, które odpowiadają pradawnym drobnoustrojom żywiącym się żelazem, siarką i prawdopodobnie także dwutlenkiem węgla i światłem w formie fotosyntezy bez udziału tlenu.
Według naukowców te nowe odkrycia sugerują, że na pierwotnej Ziemi mogły istnieć różnorodne formy życia mikrobiologicznego, potencjalnie nawet 300 milionów lat po uformowaniu się planety.
Główny autor, dr Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, UCL London Centre for Nanotechnology, Centre for Planetary Sciences i China University of Geosciences) powiedział: „Korzystając z wielu różnych linii dowodowych, nasze badanie silnie sugeruje, że na Ziemi istniało wiele różnych typów bakterii między 3,75 a 4,28 miliarda lat temu.”
„Oznacza to, że życie mogło rozpocząć się już 300 milionów lat po uformowaniu się Ziemi. Pod względem geologicznym jest to szybkie – około jednego obrotu Słońca wokół galaktyki”.
„Te odkrycia mają wpływ na możliwość życia pozaziemskiego. Jeśli życie pojawia się stosunkowo szybko, w odpowiednich warunkach, zwiększa to szansę na istnienie życia na innych planetach”.
W ramach badań naukowcy zbadali skały z Nuvvuagittuq Supracrustal Belt (NSB) w Quebecu, które dr Papineau zebrał w 2008 roku. system kominów hydrotermalnych, gdzie szczeliny na dnie morskim przepuszczają bogate w żelazo wody ogrzewane magmą.
Zespół badawczy pociął skałę na sekcje grubości papieru (100 mikronów) w celu dokładnego obserwowania maleńkich struktur przypominających skamieliny, które są wykonane z hematytu, formy tlenku żelaza lub rdzy, i są otoczone kwarcem. Te kawałki skały, wycięte za pomocą wysadzanej diamentami piły, były ponad dwukrotnie grubsze niż wcześniejsze sekcje, które wycięli naukowcy, co pozwoliło zespołowi zobaczyć w nich większe struktury hematytu.
Porównali struktury i składy z nowszymi skamieniałościami, a także z bakteriami utleniającymi żelazo, znajdującymi się obecnie w pobliżu hydrotermalnych systemów wentylacyjnych. Znaleźli współczesne odpowiedniki skręcających się włókien, równoległych rozgałęzień i zniekształconych sfer (nieregularne elipsoidy), na przykład w pobliżu podwodnego wulkanu Loihi w pobliżu Hawajów, a także innych systemów wentylacyjnych w oceanach Arktyki i Indii.
Oprócz analizowania próbek skał pod różnymi mikroskopami optycznymi i ramanowskimi (które mierzą rozpraszanie światła), zespół badawczy odtworzył również cyfrowo sekcje skały za pomocą superkomputera, który przetworzył tysiące obrazów z dwóch technik obrazowania o wysokiej rozdzielczości. Pierwszą techniką była mikro-CT, czyli mikrotomografia, która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie do oglądania hematytu wewnątrz skał. Drugi to skupiona wiązka jonów, która ścina maleńkie — 200 nanometrowe — kawałki skały, ze zintegrowanym mikroskopem elektronowym wykonującym obraz pomiędzy każdym plasterkiem.
Obie techniki pozwoliły uzyskać stosy obrazów wykorzystywanych do tworzenia modeli 3D różnych celów. Modele 3D pozwoliły następnie naukowcom potwierdzić, że włókna hematytu były pofalowane i skręcone oraz zawierały węgiel organiczny, które są cechami wspólnymi ze współczesnymi drobnoustrojami jedzącymi żelazo.
W swojej analizie zespół doszedł do wniosku, że struktury hematytu nie mogły powstać poprzez ściskanie i podgrzewanie skały (metamorfizm) przez miliardy lat, wskazując, że struktury wydawały się lepiej zachowane w drobniejszym kwarcu (mniej dotknięte metamorfizmem). ) niż w grubszym kwarcu (który przeszedł większy metamorfizm).
Naukowcy przyjrzeli się również poziomom pierwiastków ziem rzadkich w skale skamieniałej, stwierdzając, że mają one taki sam poziom jak inne starożytne okazy skalne. Potwierdziło to, że osady dna morskiego były tak stare, jak otaczające je skały wulkaniczne, a nie młodsze infiltracje oszustów, jak niektórzy proponowali.
Przed tym odkryciem najstarsze skamieniałości, o których wcześniej wspomniano, zostały znalezione w Australii Zachodniej i datowane na 3,46 miliarda lat, chociaż niektórzy naukowcy również kwestionowali ich status jako skamieniałości, argumentując, że nie mają one pochodzenia biologicznego.
W nowych badaniach uczestniczyli naukowcy z UCL Earth Sciences, UCL Chemical Engineering UCL London Centre for Nanotechnology oraz Center for Planetary Sciences w UCL i Birkbeck College London, a także z US Geological Survey, Memorial University of Newfoundland w Kanadzie, Carnegie Institution for Science, University of Leeds i China University of Geoscience w Wuhan.
Badania otrzymały wsparcie od UCL, Carnegie of Canada, Carnegie Institution for Science, China University of Geoscience w Wuhan, National Science Foundation of China, Chińskiej Akademii Nauk oraz projektu 111 z Chin.