Разнообразные формы жизни, возникшие 3,75 миллиарда лет назад, бросают вызов общепринятому представлению о том, когда зародилась жизнь

Ранняя эволюция жизни

Эволюция концепции художника ранней жизни.

Разнообразные формы жизни могли появиться раньше, чем считалось ранее.

Разнообразная микробная жизнь существовала на Земле по крайней мере 3,75 миллиарда лет назад, предполагает новое исследование, проведенное исследователями Университетского колледжа Лондона (UCL), которое бросает вызов общепринятому представлению о том, когда зародилась жизнь.

Разнообразная микробная жизнь существовала на Земле по крайней мере 3,75 миллиарда лет назад, предполагает новое исследование, проведенное учеными UCL, которое бросает вызов общепринятому представлению о том, когда зародилась жизнь.

Для исследования, опубликованного в Научные достиженияИсследовательская группа проанализировала камень размером с кулак из Квебека, Канада, возраст которого оценивается от 3,75 до 4,28 миллиарда лет. В более раннем Природа бумага, команда обнаружила крошечные нити, выступы и трубки в камне, которые, по-видимому, были сделаны бактериями.

Древнейшие микрофоссилии на Земле

Гребневидно-ветвящиеся и параллельно расположенные нити сантиметрового размера, состоящие из красного гематита, некоторые из которых имеют изгибы, трубки и различные виды гематитовых сфероидов. Это древнейшие микроокаменелости на Земле, которые жили на морском дне вблизи гидротермальных жерл и метаболизировали железо, серу и углекислый газ. Надкоровый пояс Нуввуагиттук, Квебек, Канада. Кредит: Доминик Папино

Однако не все ученые согласились с тем, что эти структуры, датируемые примерно на 300 миллионов лет раньше, чем то, что обычно считается первым признаком древней жизни, имели биологическое происхождение.

Теперь, после тщательного дальнейшего анализа породы, команда обнаружила гораздо более крупную и сложную структуру — ствол с параллельными ветвями на одной стороне длиной почти сантиметр, а также сотни искаженных сфер или эллипсоидов рядом с трубки и нити.

Исследователи говорят, что, хотя некоторые из структур предположительно могли быть созданы в результате вероятных химических реакций, «древовидный» ствол с параллельными ветвями был наиболее биологическим по происхождению, поскольку ни одна структура, созданная только с помощью химии, не была обнаружена.

Древняя порода, содержащая микрофоссилии

Отклоняющая слой ярко-красная конкреция гематитового кремня (порода, богатая железом и кремнеземом), содержащая трубчатые и нитевидные микрофоссилии. Эта так называемая яшма соприкасается с темно-зеленой вулканической породой в правом верхнем углу и представляет собой отложения гидротермальных источников на морском дне. Надкоровый пояс Нуввуагиттук, Квебек, Канада. Канадский квартал для масштаба. Кредит: доктор Папино

Команда также предоставила доказательства того, как бактерии по-разному получали свою энергию. Они обнаружили минерализованные химические побочные продукты в породе, которые соответствуют древним микробам, питающимся железом, серой и, возможно, также углекислым газом и светом в форме фотосинтеза без участия кислорода.

Эти новые результаты, по мнению исследователей, предполагают, что на изначальной Земле могла существовать разнообразная микробная жизнь, потенциально всего через 300 миллионов лет после образования планеты.


Трехмерная микро-КТ-реконструкция двух параллельно расположенных скрученных нитей из гематита. (Красный и зеленый цвета представляют гематит в разных концентрациях.) Это происходит из столба, изготовленного из конкреций яшмы в полосчатой ​​железной формации Нуввуагиттук. Кредит: Франческо Яковьелло

Ведущий автор доктор Доминик Папино (UCL Earth Sciences, UCL London Centre for Nanotechnology, Center Planetary Sciences и China University of Geosciences) сказал: «Используя множество различных доказательств, наше исследование убедительно свидетельствует о существовании ряда различных типов бактерий. … на Земле между 3,75 и 4,28 миллиардами лет назад».

«Это означает, что жизнь могла начаться всего через 300 миллионов лет после образования Земли. С точки зрения геологии это быстро — около одного оборота Солнца вокруг галактики».

«Эти результаты имеют значение для возможности внеземной жизни. Если жизнь возникает относительно быстро при правильных условиях, это увеличивает вероятность того, что жизнь существует на других планетах».

Для исследования исследователи изучили породы из супракрустального пояса Нуввуагиттук (NSB) в Квебеке, которые доктор Папино собрал в 2008 году. NSB, когда-то являвшийся куском морского дна, содержит одни из самых старых осадочных пород, известных на Земле, которые, как считается, были отложены. вблизи системы гидротермальных источников, где трещины на морском дне пропускают богатые железом воды, нагретые магмой.

Доктор Папино держит образец камня

Доктор Доминик Папино держит образец породы, возраст которой оценивается в 4,28 миллиарда лет. Предоставлено: UCL / FILMBRIGHT.

Исследовательская группа нарезала камень на секции толщиной примерно с бумагу (100 микрон), чтобы внимательно рассмотреть крошечные структуры, похожие на ископаемые, которые состоят из гематита, формы оксида железа или ржавчины и заключены в кварц. Эти куски породы, вырезанные алмазной пилой, были более чем в два раза толще, чем предыдущие срезы, которые исследователи вырезали, что позволило команде увидеть в них более крупные структуры гематита.

Они сравнили структуры и составы с более поздними окаменелостями, а также с окисляющими железо бактериями, которые сегодня обитают вблизи систем гидротермальных источников. Они нашли современные эквиваленты извилистых нитей, параллельных ветвящихся структур и искаженных сфер (неправильных эллипсоидов), например, недалеко от подводного вулкана Лоихи недалеко от Гавайев, а также в других жерловых системах Северного Ледовитого и Индийского океанов.

Помимо анализа образцов горных пород под различными оптическими и рамановскими микроскопами (которые измеряют рассеяние света), исследовательская группа также в цифровом виде воссоздала срезы горных пород с помощью суперкомпьютера, который обработал тысячи изображений с помощью двух методов обработки изображений с высоким разрешением. Первым методом была микро-КТ или микротомография, которая использует рентгеновские лучи для изучения гематита внутри горных пород. Вторым был сфокусированный ионный луч, который срезает крохотные — толщиной 200 нанометров — кусочки породы, а встроенный электронный микроскоп делает изображение между каждым кусочком.

Оба метода создавали стопки изображений, используемых для создания 3D-моделей различных целей. Затем 3D-модели позволили исследователям подтвердить, что нити гематита были волнистыми и скрученными и содержали органический углерод, что характерно для современных микробов, питающихся железом.

В своем анализе команда пришла к выводу, что структуры гематита не могли быть созданы в результате сжатия и нагревания породы (метаморфизма) в течение миллиардов лет, отметив, что структуры, по-видимому, лучше сохранились в более тонком кварце (менее затронутом метаморфизмом). ), чем в более грубом кварце (который подвергся большему метаморфизму).

Исследователи также изучили уровни редкоземельных элементов в насыщенной окаменелостями породе и обнаружили, что они были такими же, как и в других образцах древних пород. Это подтвердило, что отложения морского дна были такими же старыми, как и окружающие вулканические породы, а не более молодыми инфильтратами-самозванцами, как предполагают некоторые.

До этого открытия самые старые окаменелости, о которых сообщалось ранее, были найдены в Западной Австралии и датированы возрастом 3,46 миллиарда лет, хотя некоторые ученые также оспаривают их статус окаменелостей, утверждая, что они не имеют биологического происхождения.

Ссылка: «Метаболически разнообразные первичные микробные сообщества в древнейшей на Земле донной гидротермальной яшме», авторы Доминик Папино, Женбинг Ше, Мэтью С. Додд, Франческо Яковьелло, Джон Ф. Слэк, Эрик Хаури, Пол Ширинг и Криспин Т.С. Литтл, 13 апреля 2022 г., Научные достижения.
DOI: 10.1126/sciadv.abm2296

В новом исследовании приняли участие исследователи из UCL Earth Sciences, UCL Chemical Engineering Лондонского центра нанотехнологий UCL и Центра планетарных наук UCL и Birkbeck College London, а также из Геологической службы США, Мемориального университета Ньюфаундленда в Канаде, Научный институт Карнеги, Университет Лидса и Китайский университет наук о Земле в Ухане.

Исследование получило поддержку UCL, Карнеги Канады, Института науки Карнеги, Китайского университета геонаук в Ухане, Национального научного фонда Китая, Китайской академии наук и проекта 111 Китая.

Leave a Comment