Dodano: 14 kwietnia 2022r.

Życie mogło wyewoluować znacznie wcześniej niż dotychczas sądzono

Zróżnicowane życie mikrobiologiczne istniało na Ziemi co najmniej 3,75 miliarda lat temu – twierdzą naukowcy z University College London. Ustalenia te płyną z nowych badań opartych na mikroskamieniałościach odkrytych wewnątrz kawałka skały, który został znaleziony w Quebecu w Kanadzie. Odkrycia te, jeśli zostaną potwierdzone, przesuwają datę pojawienia się życia na Ziemi o setki milionów lat.

Życie mogło wyewoluować znacznie wcześniej niż dotychczas sądzono

 

Maleńkie włókna, rurki czy nitki i inne struktury znalezione w skale datowanej na okres od 3,75 do nawet 4,28 miliarda lat temu, mogą być najwcześniejszymi dowodami istnienia życia na Ziemi. Kwestia tego, kiedy życie pojawiło się na naszej planecie jest przedmiotem gorącej dyskusji w środowisku naukowym. Uczeni z University College London (UCL) są przekonani, że znaleźli dowody na istnienie drobnoustrojów, które rozwijały się w pobliżu kominów hydrotermalnych na powierzchni Ziemi zaledwie 300 milionów lat po uformowaniu się planety. Jeśli ustalenia badaczy zostałyby potwierdzone, oznaczałoby to, że życie zaczęło się znacznie wcześniej, niż się powszechnie uważa.

Wyniki nowych analiz ukazały się na łamach pisma „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.abm2296).

Badania sprzed pięciu lat

Badania prowadzone przez naukowców z UCL opierają się na mikroskamieniałościach wewnątrz kawałka skały wielkości pięści, który został znaleziony w Quebecu w Kanadzie w 2008 roku. Skała ta datowana jest na od około 3,75 miliarda do 4,28 miliarda lat. Uczeni uważają, że w zamierzchłej przeszłości ten mały kawałek skały był częścią dna morskiego w pobliżu systemu kominów hydrotermalnych, gdzie szczeliny w dnie przepuszczają bogate w żelazo wody ogrzewane magmą.

Pięć lat temu ten sam zespół badaczy ogłosił na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/nature21377), że znaleźli bardzo stare mikroskamieniałości w bogatych w żelazo skałach osadowych. Zespół zasugerował, że te maleńkie włókna i rurki z tlenku żelaza zwanego hematytem mogły zostać wytworzone przez bakterie żyjące wokół kominów hydrotermalnych, które do pozyskiwania energii wykorzystywały reakcje utleniania żelaza.

Badacze spekulowali wówczas, że maleńkie struktury w skale zostały pozostawione przez pradawne bakterie i przypominają struktury tworzone w dzisiejszych czasach przez bakterie utleniające żelazo, które można znaleźć na dnie mórz w pobliżu kominów hydrotermalnych (więcej na ten temat w tekście: Odkryto najstarsze ślady życia na Ziemi). Jednak nie wszyscy naukowcy byli przekonani co do tego, że te struktury - datowane na około 300 milionów lat wcześniej niż to, co jest powszechnie akceptowane jako pierwsza oznaka starożytnego życia - mają pochodzenie biologiczne.

Nowy trop

Teraz, po szczegółowej analizie skały, zespół odkrył znacznie większą i bardziej złożoną strukturę, niż te, które zostały wcześniej zidentyfikowane. Przypomina łodygę z równoległymi rozgałęzieniami z jednej strony i ma prawie centymetr długości. Wzdłuż włókna ciągną się zniekształcone struktury sferyczne. Autorzy publikacji twierdzą, że chociaż niektóre z tych struktur mogły zostać stworzone w wyniku przypadkowych reakcji chemicznych, to „podobna do drzewa” łodyga z równoległymi gałęziami jest najprawdopodobniej pochodzenia biologicznego. Dodają, że nie znaleziono podobnych struktur wytworzonych przez procesy abiotyczne.

Badacze ustalili też, w jaki sposób te pradawne bakterie mogły pozyskiwać energię. Odkryli w skale zmineralizowane substancje chemiczne, które mogą być produktami ubocznymi różnego rodzaju procesów metabolicznych, odpowiadających pradawnym drobnoustrojom czerpiącym energię z żelaza, siarki i prawdopodobnie także dwutlenkiem węgla.

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. - Korzystając z wielu różnych linii dowodowych, nasze badanie zdecydowanie 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 – powiedział dr Dominic Papineau, główny autor publikacji.

Pozostałości najwcześniejszego życia na Ziemi?

Naukowcy pocięli fragment kawałka skały znalezionej w 2008 roku na malutkie paski o grubości 100 mikronów. We wcześniejszych badaniach paseczki te były dwukrotnie cieńsze. Grubsze sekcje pozwoliły badaczom dostrzec większe struktury z hematytu, formy tlenku żelaza.

Badacze porównali znalezione struktury i ich skład z nowszymi skamieniałościami, a także z bakteriami utleniającymi żelazo, obecnie żyjącymi w pobliżu kominów hydrotermalnych. Znaleźli współczesne odpowiedniki włókien, równoległych rozgałęzień i zniekształconych sfer, na przykład w pobliżu podwodnego wulkanu Loihi na Hawajach, a także w systemach kominów hydrotermalnych w wodach w pobliżu Arktyki i Indii.

Oprócz analizowania próbek pod różnymi mikroskopami optycznymi oraz przy pomocy spektroskopii ramanowskiej, zespół badawczy odtworzył cyfrowo sekcje skały, gdzie znaleziono mikroskamieniałości. W tym celu superkomputer przetworzył tysiące obrazów z dwóch technik obrazowania o wysokiej rozdzielczości, co pozwoliło uzyskać trójwymiarowy model znaleziska. To pozwoliło naukowcom na potwierdzenie, że pradawne włókna hematytu były pofalowane i skręcone oraz zawierały węgiel organiczny – to cechy wspólne ze współcześnie żyjącymi drobnoustrojami czerpiącymi energię z utleniania żelaza.

Zespół doszedł do wniosku, że struktury hematytu nie mogły powstać poprzez ściskanie i podgrzewanie skały (metamorfizm) przez miliardy lat. Naukowcy przyjrzeli się również poziomom pierwiastków ziem rzadkich w skale otaczającej skamieliny. Stwierdzili, że mają one taki sam poziom jak inne starożytne skały, co, według nich, potwierdza, że osady dna morskiego były tak stare jak otaczające je skały wulkaniczne.

Za najstarsze ślady życia na Ziemi uznawane są skamieniałości znalezione w Australii Zachodniej i datowane na 3,46 miliarda lat. W tym przypadku też niektórzy naukowcy kwestionowali ich status jako skamieniałości, argumentując, że nie mają one pochodzenia biologicznego.

Życie pozaziemskie

Być może najbardziej ekscytującymi implikacjami tego odkrycia jest to, co oznacza dla potencjalnej dystrybucji życia we Wszechświecie. Jeśli życie mogło się rozwijać i ewoluować w trudnych warunkach bardzo wczesnej Ziemi, to może być bardziej powszechne w kosmosie, niż nam się wydaje. „Obserwacje sugerują zróżnicowany ekosystem mikrobiologiczny na pierwotnej Ziemi, który może być powszechny na innych ciałach planetarnych, w tym na Marsie” - piszą naukowcy w publikacji.

„To odkrycie sugeruje, że potrzeba zaledwie kilkuset milionów lat, aby życie wyewoluowało do zorganizowanego poziomu na pierwotnej, nadającej się do zamieszkania planecie. Dlatego dochodzimy do wniosku, że takie ekosystemy mikrobiologiczne mogą istnieć na innych powierzchniach planet, gdzie woda w stanie ciekłym wchodziła w interakcje ze skałami wulkanicznymi, i że te najstarsze mikroskamieniałości sugerują, że życie pozaziemskie może być bardziej rozpowszechnione niż wcześniej sądzono” – stwierdzają autorzy artykułu w publikacji.

 

Źródło: University College London, fot. D. Papineau/ University College London. Na zdjęciu fragment analizowanej skały z mikroskamieniałościami, które według naukowców są dowodem istnienia życia 300 milionów lat po uformowaniu się Ziemi