Profesor de geociencias John Valley, izquierda, y el científico investigador Kouki Kitajima colaboran en el Laboratorio de espectrómetro de masas de iones secundarios de Wisconsin (WiscSIMS) en Weeks Hall. Foto: Jeff Miller
Investigadores de UCLA y la Universidad de Wisconsin-Madison han confirmado que los fósiles microscópicos descubiertos en una roca de casi 3.500 millones de años en Australia Occidental son los fósiles más antiguos jamás encontrado y, de hecho, la evidencia directa más antigua de vida en la Tierra.
Una montura epoxi que contiene una astilla En el Laboratorio de Espectrómetro de Masas de Iones Secundario de Wisconsin (WiscSIMS) en Weeks Hall se muestra una imagen de una roca de casi 3.500 millones de años del depósito de sílex Apex en Australia Occidental. Foto: Jeff Miller
El estudio, publicado el 18 de diciembre de 2017 en Proceedings of the National Academy of Sciences, fue dirigido por J. William Schopf, profesor de paleobiología en UCLA, y John W. Valley, profesor de geociencias en la Universidad de Wisconsin – Madison. La investigación se basó en nueva tecnología y experiencia científica desarrollada por investigadores del Laboratorio WiscSIMS de UW – Madison.
El estudio describe 11 muestras microbianas de cinco taxones separados, vinculando sus morfologías con firmas químicas características de la vida. Algunos representan bacterias y microbios ahora extintos de un dominio de la vida llamado Archaea, mientras que otros son similares a especies microbianas que todavía se encuentran en la actualidad. Los hallazgos también sugieren cómo cada uno pudo haber sobrevivido en un planeta sin oxígeno.
Un ejemplo de uno de los microfósiles descubiertos en una muestra de roca recuperada del Apex Chert. Un nuevo estudio utilizó un análisis químico sofisticado para confirmar que las estructuras microscópicas encontradas en la roca son biológicas. Cortesía de J. William Schopf
Los microfósiles, llamados así porque no son evidentes a simple vista, fueron descritos por primera vez en la revista Science en 1993 por Schopf y su equipo, que los identificaron basado en gran parte en las formas únicas, cilíndricas y filamentosas de los fósiles. Schopf, director del Centro para el Estudio de la Evolución y el Origen de la Vida de UCLA, publicó más pruebas de apoyo de sus identidades biológicas en 2002.
Recogió la roca en la que se encontraron los fósiles en 1982 del Apex depósito de sílex de Australia Occidental, uno de los pocos lugares del planeta donde se ha conservado evidencia geológica de la Tierra primitiva, en gran parte porque no ha sido sometida a procesos geológicos que la hubieran alterado, como entierro y calentamiento extremo debido a placas tectónicas actividad.
Pero las interpretaciones anteriores de Schopf han sido cuestionadas. Los críticos argumentaron que son solo minerales extraños que solo parecen especímenes biológicos. Sin embargo, dice Valley, los nuevos hallazgos eliminan estas dudas; los microfósiles son de hecho biológicos.
«Creo que está resuelto», dice.
Usando un espectrómetro de masas de iones secundarios (SIMS) en UW-Madison llamado IMS 1280, uno de los Un puñado de instrumentos de este tipo en el mundo: Valley y su equipo, incluidos los geocientíficos del departamento Kouki Kitajima y Michael Spicuzza, pudieron separar el carbono que compone cada fósil en sus isótopos constituyentes y medir sus proporciones.
Los isótopos son diferentes versiones del mismo elemento químico que varían en su masa. Diferentes sustancias orgánicas, ya sea en rocas, microbios o animales, contienen proporciones características de sus isótopos de carbono estables.
Usando SIMS, el equipo de Valley pudo analizar separe el carbono-12 del carbono-13 dentro de cada fósil y mida la proporción de los dos en comparación con un estándar de isótopo de carbono conocido y una sección sin fósiles de la roca en la que se encontraron.
» Las diferencias en las proporciones de isótopos de carbono se correlacionan con sus formas ”, dice Valley. «Si no son biológicos, no hay razón para tal correlación. Sus proporciones de C-13 a C-12 son características de la biología y la función metabólica».
John Valley, profesor de geociencia, aparece en su oficina en Weeks Hall. Foto: Jeff Miller
Basado en Con esta información, los investigadores también pudieron asignar identidades y comportamientos fisiológicos probables a los fósiles encerrados dentro de la roca, dice Valley. Los resultados muestran que «estos son un grupo primitivo, pero diverso de organismos», dice Schopf.
El equipo identificó un grupo complejo de microbios: bacterias fototróficas que habrían dependido del sol para producir energía, arqueas que producían metano y gammaproteobacterias que consumían metano, un gas que se cree que es un componente importante de la atmósfera primitiva de la Tierra antes del oxígeno. era presente.
Investigadores de geociencias de UW-Madison en un viaje de campo en 2010 al Apex Chert, una formación rocosa en Australia occidental, que se encuentra entre los depósitos de rocas más antiguos y mejor conservados del mundo. Cortesía de John Valley
El equipo de Valley tardó casi 10 años en desarrollar los procesos para analizar con precisión los microfósiles; los fósiles tan antiguos y raros nunca antes habían sido sometidos a análisis SIMS. El estudio se basa en logros anteriores en WiscSIMS para modificar el instrumento SIMS, desarrollar protocolos para la preparación y análisis de muestras y calibrar los estándares necesarios para hacer coincidir lo más posible el contenido de hidrocarburos con las muestras de interés.
En preparación para el análisis SIMS, el equipo necesitaba moler minuciosamente la muestra original lo más lentamente posible para exponer los delicados fósiles en sí mismos, todos suspendidos a diferentes niveles dentro de la roca y encerrados en una capa dura de cuarzo, sin destruirlos realmente. Spicuzza describe hacer innumerables viajes por las escaleras del departamento mientras el técnico en geociencias Brian Hess molía y pulía cada microfósil de la muestra, un micrómetro a la vez.
Cada microfósil tiene aproximadamente 10 micrómetros de ancho; ocho de ellos podrían caber a lo largo del ancho de un cabello humano.
Valley y Schopf son parte del Consorcio de Investigación de Astrobiología de Wisconsin, financiado por el Instituto de Astrobiología de la NASA, que existe para estudiar y comprender los orígenes, el futuro y la naturaleza de la vida en la Tierra y en todo el universo.
«Los fósiles de Apex son rudos. Difícil de encontrar. Difícil de estudiar. Son abundantes pero carbonizados, triturados, demasiado cocidos. Los pedazos pequeños son comunes pero generalmente anodinos; los fragmentos cortos de dos o tres células son raros y fáciles de pasar por alto; los especímenes multicelulares son pocos y distantes entre sí; y los fósiles que podrían llamarse ‘bien conservados’, como los del depósito Gunflint y Bitter Springs, son inexistentes. Si estos restos no fueran tan notablemente antiguos, no merecerían mucha atención «.
—J . William Schopf, «Cradle of Life»
Estudios como este, dice Schopf, indican que la vida podría ser común a través de ghout el universo. Pero lo que es más importante, aquí en la Tierra, debido a que se demostró que varios tipos diferentes de microbios ya estaban presentes hace 3.500 millones de años, nos dice que «la vida tuvo que haber comenzado sustancialmente antes, nadie sabe cuánto antes, y confirma que no es difícil». para que la vida primitiva se forme y evolucione hacia microorganismos más avanzados ”, dice Schopf.
Estudios anteriores de Valley y su equipo, que datan de 2001, han demostrado que los océanos de agua líquida existían en la Tierra ya en 4.300 millones hace más de 800 millones de años antes de que los fósiles del presente estudio estuvieran vivos, y solo 250 millones de años después de la formación de la Tierra.
«No tenemos evidencia directa de que existiera vida hace 4.300 millones de años pero no hay ninguna razón por la que no pueda haberlo hecho ”, dice Valley. «Esto es algo que a todos nos gustaría averiguar».
UW – Madison tiene un legado de retrasar las fechas aceptadas de la vida temprana en la Tierra. En 1953, el fallecido Stanley Tyler, un geólogo de la Universidad que falleció en 1963 a la edad de 57 años, fue la primera persona en descubrir microfósiles en rocas precámbricas. Esto hizo retroceder los orígenes de la vida más de mil millones de años, de 540 millones a 1.8 mil millones de años.
«La gente está realmente interesada en cuándo surgió la vida en la Tierra», dice Valley. «Este estudio requirió diez veces más tiempo y fue más difícil de lo que imaginé al principio, pero se llevó a cabo gracias a muchas personas dedicadas que han estado entusiasmadas con esto desde el primer día … Creo que se harán muchos más análisis de microfósiles en muestras de la Tierra y posiblemente de otros cuerpos planetarios ”.
La investigación fue apoyada por el Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Wisconsin-Madison y el Centro para el Estudio de la Evolución y el Origen de la Vida en UCLA. WiscSIMS cuenta con el apoyo de la National Science Foundation (EAR-1355590) y UW – Madison.