Menu
Najwcześniejsze oznaki życia na młodej Ziemi, około 3,5 miliarda lat temu, pochodzą na ogół z oceanu w postaci skamieniałych mikrobów w starożytnych skałach. Teraz naukowcy pracujący w Barberton Greenstone Belt w Republice Południowej Afryki – gdzie niektóre z najstarszych skał na Ziemi są zachowane – znaleźli dowody życia lądowego mikrobów, które szacują, że jest około 3,22 miliardów lat. Wyniki, opublikowane dzisiaj (23 lipca) w Nature Geosciences, reprezentują najstarsze oznaki życia lądowego na naszej planecie, jakie jeszcze odkryto
„Ta praca reprezentuje najstarszą i najmniej niejednoznaczną pracę, jaką mamy do tej pory, że życie istniało na lądzie już 3,2 miliarda lat temu”, Kurt Konhauser, profesor nauk o ziemi i atmosferze na Uniwersytecie Alberta w Kanadzie, który również nie był zaangażowany w pracę, pisze w e-mailu do The Scientist.
Badacze znaleźli więcej dowodów kopalnych najwcześniejszego życia mikrobiologicznego w płytkich, morskich osadach, co wspiera dominującą teorię, że przed 3 miliardami lat temu większość Ziemi składała się z oceanów poprzecinanych wyspami wulkanicznymi. Dowody na istnienie życia na lądzie były do tej pory trudniejsze do zdobycia. Częściowym powodem jest to, że starożytne skały morskie wydają się być lepiej zachowane niż osady lądowe. Inną kwestią, według Martina Homanna, postdoc w Europejskim Instytucie Studiów Morskich (IUEM) w Breście we Francji, jest to, że bardzo stare osady lądowe są również trudne do odróżnienia od osadów morskich, ponieważ tak zwane skamieniałości wskaźnikowe, które pomagają określić środowisko i datować skały, nie istnieją od tego wczesnego okresu historii Ziemi.
Według autorów badania, poprzednio najstarsze widoczne skamieniałe szczątki mikrobów na lądzie miały około 2,7 miliarda lat, znalezione w innym miejscu z Barberton Greenstone Belt w Afryce Południowej, a także w Australii. W badaniu opublikowanym w zeszłym roku, naukowcy analizowali skały z tego, co zinterpretowali jako gorące źródła w regionie Pilbara w Zachodniej Australii. Chociaż tamten dokument, według Konhausera, sugeruje, że niektóre 3,5-miliardowe wulkany mogły znajdować się na lądzie, obecne badania są ostateczne i pokazują, że 3,2 miliarda lat temu istniała rozległa ekspozycja skorupy kontynentalnej na powierzchni Ziemi.
Do obecnego badania, Homann i jego koledzy skupili się na starożytnych skałach osadowych, znanych jako Moodies Group, w Barberton Greenstone Belt, które zostały wykazane przez geologów wcześniej, aby być około 3.22 miliardy lat. Zespół odkrył tam tzw. skamieniałe maty mikrobialne – składające się głównie z odcisków bakterii i archaidów, które są jednymi z najwcześniejszych zachowanych form życia. Podczas życia na wczesnej Ziemi, te maty mikrobiologiczne zostały nałożone na siebie i upakowane razem ze skałami osadowymi zbudowanymi z zaokrąglonych kamieni różnej wielkości, które geolodzy nazywają konglomeratami.
Zespół najpierw szczegółowo przeanalizował i opisał położenie skał, a następnie porównał je z obecnymi formacjami skalnymi, by zrozumieć, jak się poruszały, formowały i jak zostały zachowane. Badacze doszli do wniosku, że mikroby tworzące matę były autochtonami skały macierzystej i częścią tego, co było kiedyś starożytną deltą rzeczną.
„To są dobre dane, które rzeczywiście pokazują, że te skamieniałe, mikrobowe maty pochodzą ze środowiska lądowego”, mówi Dominic Papineau, który bada pochodzenie i ewolucję życia w londyńskim Centrum Nanotechnologii na University College London i który nie brał udziału w badaniu.
Badacze przeanalizowali izotopy węgla organicznego i azotu w tych kopalnych matach mikrobiologicznych i porównali profile z izotopami wyekstrahowanymi z pobliskich kopalnych mat mikrobiologicznych pochodzenia morskiego. Zarówno wartości izotopów węgla i azotu z próbek lądowych i morskich były unikalne, co sugeruje, że istniały różnice w metabolizmie mikrobów w oceanie w porównaniu do tych na lądzie.
„Już przy 3,2 mld lat temu widzimy dowody na różnice w tworzących matę społecznościach mikrobów sugerujące, że niektóre z nich były prawdopodobnie lepiej przystosowane do życia w oceanie niż na lądzie” – mówi Homann.
Poważnym pytaniem dla naukowców jest to, czy wczesna Ziemia mogła już mieć zlokalizowane kieszenie wolnego tlenu w atmosferze, w której generalnie go brakowało. Większość współczesnych mat mikrobiologicznych składa się z cyjanobakterii, które tworzą tlen jako produkt uboczny swojego metabolizmu (fotosynteza tlenowa) i uważa się, że były odpowiedzialne za akumulację tlenu w atmosferze Ziemi. „Dane tutaj nie można odróżnić, czy te mikroorganizmy produkowane tlenu poprzez ich fotosyntezy lub zrobił anoxygenic fotosyntezy,” mówi Papineau.
Wartości izotopów azotu, które odzwierciedlają stosunek najbardziej obfite azotu-14 i bardziej rzadkie i cięższe azotu-15, z maty mikroorganizmów lądowych były bardziej pozytywne w porównaniu do próbek morskich. To zasugerowało Homannowi i jego kolegom, że ziemia 3,2 miliarda lat temu zawierała atmosferyczny azotan. Innym sposobem, w jaki te pozytywne wartości azotu mogły powstać, byłoby istnienie tlenu atmosferycznego 3,22 miliarda lat temu, co jest mniej prawdopodobne, według autorów badania, ponieważ sugerowałoby to, że istniały już sinice produkujące tlen, na co obecnie nie ma wystarczających dowodów.
Dla Konhausera interesujące byłoby głębsze zbadanie źródła azotanu w próbkach i sprawdzenie, czy rzeczywiście mógł on pochodzić z atmosfery, czy też poprzez wytwarzanie tlenu przez starożytne bakterie fotosyntetyzujące. „Struktury i skład izotopowy mat mikrobialnych z pewnością sugerują obecność fotosyntetyzujących mikrobów już istniejących na lądzie” – pisze Konhauser. Jeśli azotany rzeczywiście zostały utworzone przez mikroby w matach, dodaje, to być może produkujące tlen cyjanobakterie były obecne na tak wczesnym etapie historii Ziemi.
M. Homann et al., „Microbial life and biogeochemical cycling on land 3,220 million years ago,” Nature Geosciences, doi.org/10.1038/s41561-018-0190-9, 2018.
Sprostowanie (23 lipca): Szacunek dotyczący życia na lądzie jest o 500 milionów lat wcześniejszy niż wcześniej wykazano, a nie o 500 000 milionów lat. The Scientist żałuje tego błędu.
Sprostowanie (25 lipca): Słowo w drugim akapicie brzmi „niejednoznaczne”, a nie „jednoznaczne”. The Scientist żałuje tego błędu.