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I primi segni di vita su una Terra giovane, circa 3,5 miliardi di anni fa, provengono generalmente dall’oceano sotto forma di microbi fossilizzati all’interno di rocce antiche. Ora, gli scienziati che lavorano nella Barberton Greenstone Belt in Sud Africa – dove sono conservate alcune delle rocce più antiche della Terra – trovano prove di vita microbica terrestre che stimano avere circa 3,22 miliardi di anni. I risultati, pubblicati oggi (23 luglio) su Nature Geosciences, rappresentano i più antichi segni di vita terrestre sul nostro pianeta ancora scoperti
“Questo lavoro rappresenta il lavoro più antico e meno ambiguo che abbiamo finora che la vita esisteva sulla terra già 3,2 miliardi di anni fa”, scrive Kurt Konhauser, un professore di scienze della terra e dell’atmosfera presso l’Università di Alberta in Canada che non era anche coinvolto nel lavoro, in una e-mail a The Scientist.
I ricercatori hanno trovato altre prove fossili della prima vita microbica in depositi marini poco profondi, il che supporta la teoria dominante che prima di 3 miliardi di anni fa, la maggior parte della Terra consisteva di oceani intervallati da isole vulcaniche. Le prove della vita sulla terraferma sono state finora più difficili da trovare. Parte della ragione è che le antiche rocce marine sembrano essere meglio conservate dei sedimenti terrestri. Un altro problema, secondo Martin Homann, un postdoc presso l’Istituto europeo di studi marini (IUEM) a Brest, in Francia, è che i sedimenti terrestri molto vecchi sono anche difficili da distinguere da quelli marini perché i cosiddetti fossili indice – che aiutano a determinare l’ambiente e a datare le rocce – non esistono di questo primo periodo della storia della Terra.
Secondo gli autori dello studio, i più antichi resti fossili visibili di microbi sulla terraferma avevano circa 2,7 miliardi di anni, trovati in una località diversa dalla Barberton Greenstone Belt in Sud Africa e anche in Australia. In uno studio pubblicato l’anno scorso, i ricercatori hanno analizzato le rocce da ciò che hanno interpretato come sorgenti calde nella regione Pilbara dell’Australia occidentale. Anche se quel documento, secondo Konhauser, suggerisce che alcuni vulcani di 3,5 miliardi di anni possono essere stati sulla terraferma, lo studio attuale è definitivo nel mostrare che c’era una vasta esposizione di crosta continentale sulla superficie terrestre 3,2 miliardi di anni fa.
Per lo studio attuale, Homann e i suoi colleghi si sono concentrati su antiche rocce sedimentarie, conosciute come il Moodies Group, nella Barberton Greenstone Belt che i geologi hanno dimostrato in precedenza essere circa 3.22 miliardi di anni. Lì, il team ha scoperto ciò che è noto come stuoie microbiche fossilizzate, composte principalmente da impronte di batteri e archaea e sono tra le prime forme di vita conservate. Mentre vivevano sulla Terra primitiva, queste stuoie di comunità microbiche si sono sovrapposte e impacchettate con una roccia sedimentaria fatta di pietre arrotondate di diverse dimensioni che i geologi chiamano conglomerato.
Il team ha prima analizzato e descritto in dettaglio le posizioni delle rocce e le ha confrontate con le formazioni rocciose attuali per capire come si sono mosse, formate e conservate. I ricercatori hanno concluso che i microbi che formano la stuoia erano indigeni alla roccia ospitante e parte di quello che una volta era un antico delta fluviale.
“Questi sono buoni dati che dimostrano effettivamente che queste stuoie microbiche fossilizzate provengono da un ambiente terrestre”, dice Dominic Papineau, che studia l’origine e l’evoluzione della vita presso il London Centre for Nanotechnology dell’University College London e che non è stato coinvolto nello studio.
I ricercatori hanno poi analizzato sia il carbonio organico che gli isotopi di azoto all’interno di queste stuoie microbiche terrestri fossilizzate e hanno confrontato i profili con gli isotopi estratti dalle vicine stuoie microbiche marine fossilizzate. Sia i valori degli isotopi del carbonio che dell’azoto dei campioni terrestri e marini erano unici l’uno dall’altro, suggerendo che c’erano differenze nel metabolismo dei microbi nell’oceano rispetto a quelli sulla terraferma.
“Già a 3,2 miliardi di anni fa, vediamo prove di differenze nelle comunità microbiche che formano le stuoie, suggerendo che alcune erano probabilmente meglio adattate per la vita nell’oceano rispetto a quelle sulla terra”, dice Homann.
Una domanda importante per gli scienziati è se la Terra primitiva potrebbe aver già avuto sacche localizzate di ossigeno libero in un’atmosfera generalmente priva. La maggior parte delle moderne stuoie microbiche sono composte da cianobatteri, che creano ossigeno come sottoprodotto del loro metabolismo (fotosintesi ossigenica), e si pensa che siano stati responsabili dell’accumulo di ossigeno nell’atmosfera terrestre. “I dati qui non possono distinguere se questi microrganismi producevano ossigeno attraverso la loro fotosintesi o facevano la fotosintesi anossigenica”, dice Papineau.
I valori degli isotopi di azoto, che riflettono il rapporto tra il più abbondante azoto-14 e il più raro e pesante azoto-15, dei tappeti microbici terrestri erano più positivi rispetto ai campioni marini. Questo ha suggerito a Homann e ai suoi colleghi che la terra 3,2 miliardi di anni fa conteneva nitrato atmosferico. Un altro modo in cui questi valori positivi di azoto avrebbero potuto verificarsi sarebbe se ci fosse stato ossigeno atmosferico 3,22 miliardi di anni fa, il che è meno probabile, secondo gli autori dello studio, in quanto implicherebbe che esistevano già cianobatteri produttori di ossigeno, per i quali non ci sono attualmente prove sufficienti.
Per Konhauser, sarebbe interessante scavare più a fondo nella fonte del nitrato nei campioni e se potrebbe essere davvero venuto dall’atmosfera o attraverso la generazione di ossigeno da antichi batteri fotosintetici. “Le strutture e la composizione isotopica delle stuoie microbiche sembrano certamente suggerire la presenza di microbi fotosintetici già esistenti sulla terra”, scrive Konhauser. Se il nitrato è stato effettivamente formato dai microbi nelle stuoie, aggiunge, allora forse i cianobatteri produttori di ossigeno erano presenti in questa prima fase della storia della Terra.
M. Homann et al., “Microbial life and biogeochemical cycling on land 3.220 milioni di anni fa”, Nature Geosciences, doi.org/10.1038/s41561-018-0190-9, 2018.
Correzione (23 luglio): La stima della vita sulla terraferma è 500 milioni di anni prima di quanto precedentemente dimostrato, non 500.000 milioni di anni. The Scientist si rammarica dell’errore.
Correzione (25 luglio): La parola nel secondo paragrafo è “ambiguo”, non “non ambiguo”. The Scientist si rammarica dell’errore.