geotudomány professzor John Valley, balra, Kouki Kitajima kutató a Wisconsin másodlagos ion tömegspektrométer laboratóriumában (WiscSIMS) működnek együtt a Weeks Hallban. Fotó: Jeff Miller
Az UCLA és a University of Wisconsin – Madison kutatói megerősítették, hogy a Nyugat-Ausztráliában egy közel 3,5 milliárd éves kőzetdarabban felfedezett mikroszkopikus kövületek a legrégebbi kövületek valaha talált és a legkorábbi közvetlen bizonyíték a földi életre.
Egy epoxi tartó, amely egy darabot tartalmaz a nyugat-ausztráliai Apex chert-lelőhely közel 3,5 milliárd éves sziklájának képe látható a Wisconsin másodlagos ion tömegspektrométer laboratóriumában (WiscSIMS) a Weeks Hallban. Fotó: Jeff Miller
A tanulmányt, amelyet 2017. december 18-án tettek közzé a Proceedings of the National Academy of Sciences-ben, J. William Schopf, az UCLA paleobiológiai professzora és John vezette. W. Valley, a Wisconsini – Madison Egyetem geotudomány professzora. A kutatás az UW – Madison WiscSIMS Laboratórium kutatóinak által kifejlesztett új technológiára és tudományos szakértelemre támaszkodott.
A tanulmány öt különálló taxon 11 mikrobiális mintáját írja le, morfológiájukat az életre jellemző kémiai aláírásokkal kapcsolja össze. Egyesek a már kihalt baktériumokat és mikrobákat képviselik az Archaea nevű élet tartományából, míg mások hasonlóak a ma is előforduló mikrobafajokhoz. Az eredmények azt is sugallják, hogy miként élhették meg oxigénmentes bolygót.
Példa az Apex Chertből kinyert kőzetmintában felfedezett egyik mikrofosszília. Egy új tanulmány kifinomult kémiai elemzéssel erősítette meg a kőzetben található mikroszkopikus szerkezetek biológiai tulajdonságait. J. William Schopf jóvoltából
A mikrofosszíliákat – úgynevezett, mert szabad szemmel nem nyilvánvalóak – először a Science folyóirat írta le 1993-ban Schopf és csapata, amely azonosította őket nagyrészt a kövületek egyedi, hengeres és rostos alakjain alapszik. Schopf, az UCLA Központ az evolúció és az élet keletkezésének tanulmányozásáért igazgatója 2002-ben további igazoló bizonyítékokat tett közzé biológiai identitásukról.
Az Apex-ből összegyűjtötte azt a kőzetet, amelyben a kövületeket 1982-ben találták. chert-lerakódás Nyugat-Ausztráliában, a bolygó azon kevés helyeinek egyike, ahol a Föld korai szakaszának geológiai bizonyítékai megmaradtak, főleg azért, mert nem kerültek alá olyan geológiai folyamatok, amelyek megváltoztatták volna, például temetkezés és szélsőséges melegítés a lemez-tektonikus miatt tevékenység.
De Schopf korábbi értelmezéseit vitatták. A kritikusok azzal érveltek, hogy csak páratlan ásványok, amelyek csak biológiai példányoknak tűnnek. Valley azonban elmondja, hogy az új eredmények ezeket a kétségeket nyugtatják; a mikrofosszíliák valóban biológiai jellegűek.
“Azt hiszem, rendeződött” – mondja.
Az UW-Madison állambeli másodlagos ion tömegspektrométer (SIMS) használata az IMS 1280 nevet viseli. egy maroknyi ilyen eszköz a világon – a Valley és csapata, köztük Kouki Kitajima és Michael Spicuzza geológiai tudósok képesek voltak szétválasztani az egyes fosszíliákat alkotó szenet alkotó izotópjaikba, és megmérni azok arányát.
Az izotópok ugyanazon kémiai elem különböző változatai, amelyek tömegükben változnak. A különböző szerves anyagok – akár kőzetben, akár mikrobában, akár állatban – tartalmazzák stabil szén-izotópjaik jellemző arányát.
A SIMS segítségével Valley csapata képes volt ugratni elkülönítve a szén-12-et a szén-13-tól az egyes kövületekben, és megmérve a kettő arányát egy ismert szén-izotóp standardhoz és a kőzet fosszilis anyag nélküli szakaszához képest, amelyben megtalálhatók voltak.
” A szén-izotóp arányának különbségei korrelálnak alakjukkal ”- mondja Valley. “Ha nem biológiai jellegűek, nincs ok ilyen összefüggésre. C-13: C-12 arányuk jellemző a biológiára és az anyagcsere funkcióra.”
John Valley geológiai tudomány professzor látható a Weeks Hall irodájában. Fotó: Jeff Miller
Ezen információk alapján a kutatók azonosítani tudták és valószínű fiziológiai viselkedésüket a kőzetbe zárt kövületekhez is, mondta Valley. Az eredmények azt mutatják, hogy “ezek egy primitív, de sokféle organizmuscsoport” – mondja Schopf.
A csapat meghatározta a mikrobák összetett csoportját: fototróf baktériumok, amelyek a napra támaszkodva energiát termeltek volna, Archaea, amely metánt termelt, és gammaproteobaktériumok, amelyek metánt fogyasztottak. jelen volt.
UW – Madison geotudomány kutatói egy 2010-es kiránduláson az Apex Cherthez, egy sziklaalakulathoz Nyugat-Ausztrália, amely a világ legrégebbi és legjobban fennmaradt kőzetlelőhelyei közé tartozik. A John Valley jóvoltából
Valley csapatának csaknem 10 évbe tellett a folyamatok kidolgozása a mikrofosszíliák pontos elemzéséhez – az ilyen régi és ritka kövületeket még soha nem vetették alá SIMS elemzésnek. A tanulmány a WiscSIMS korábbi eredményeire épít a SIMS eszköz módosítása, a minták előkészítéséhez és elemzéséhez szükséges protokollok kidolgozása, valamint a szükséges standardok kalibrálása érdekében, hogy a szénhidrogéntartalom a lehető legközelebb álljon az érdeklődő mintákhoz.
A SIMS-elemzés előkészítése során a csapatnak alaposan le kellett őrölnie az eredeti mintát a lehető leglassabban, hogy maguk is felfedjék a finom kövületeket – mindezeket a szikla különböző szintjein szuszpendálva és kemény kvarcrétegbe zárva – anélkül, hogy azokat ténylegesen elpusztítanák. Spicuzza azt írja le, hogy számtalan utat tett fel és le az osztályon a lépcsőn, amikor Brian Hess geotudományi technikus egyenként egy mikrométerrel őrölte és csiszolta a mintában lévő minden egyes mikrofosszillát.
Mindegyik mikrofosszília körülbelül 10 mikrométer széles; Közülük nyolc elfér az emberi hajszélesség mentén.
A Valley és a Schopf a Wisconsin Astrobiology Research Consortium részét képezi, amelyet a NASA Asztrobiológiai Intézete finanszírozott, és amelynek célja az eredet, a jövő megismerése és megértése. és az élet természete a Földön és az egész univerzumban.
“Az Apex kövületek selejtesek. Nehéz megtalálni. Nehéz tanulmányozni. Rengeteg, de elszenesedett, aprított, túl főtt. Apró darabok és darabok gyakoriak, de általában leírhatatlanok; a rövid két- vagy háromsejtű töredékek ritkák és könnyen figyelmen kívül hagyhatók; soksejtű példányok kevés és messze van, és a „jól megőrzöttnek” nevezhető kövületek – mint például a Gunflint és a Bitter Springs lelőhely – nem léteznek. Ha ezek a maradványok nem lennének olyan feltűnően ősiek, nem érdemelnének sok figyelmet. ”
—J William Schopf, “Az élet bölcsője”
Az ehhez hasonló tanulmányok szerint Schopf szerint az élet közös lehet szellem az univerzum. De ami fontos, itt a Földön, mivel 3,5 milliárd évvel ezelőtt már többféle mikroba is jelen volt, azt mondja nekünk, hogy “az életnek lényegesen korábban kellett kezdődnie – senki sem tudja, mennyivel korábban” – és megerősíti, hogy ez nem nehéz hogy a primitív élet kialakuljon és fejlettebb mikroorganizmusokká fejlődhessen ”- mondja Schopf.
Valley és csapata korábbi, 2001-ben készült tanulmányai azt mutatták, hogy folyékony vizes óceánok már 4,3 milliárd léteztek a Földön. évvel ezelőtt, több mint 800 millió évvel azelőtt, hogy jelen tanulmány kövületei életben maradtak volna, és csak 250 millió évvel a Föld létrejötte után.
“Nincs közvetlen bizonyítékunk arra, hogy az élet 4,3 milliárd évvel ezelőtt létezett volna. de nincs oka annak, hogy ne is lett volna ”- mondja Valley. “Ezt mindannyian szeretnénk megtudni.”
UW – Madisonnak öröksége, hogy visszaszorítja a Föld korai életének elfogadott dátumait. 1953-ban néhai Stanley Tyler, a 1963-ban 57 éves korában elhunyt egyetem volt az első, aki felfedezte a mikrofoszillátumokat a prekambriumi kőzetekben. Ez több mint egymilliárd évvel, 540 millióról 1,8 milliárd évvel ezelőttre tolta vissza az élet eredetét.
“Az embereket igazán érdekli, mikor jelent meg először a földi élet” – mondja Valley. “Ez a tanulmány tízszer időigényesebb és nehezebb volt, mint azt először elképzeltem, de sok elkötelezett ember miatt vált eredményessé, akik ezt az első naptól kezdve izgatták … Azt hiszem, sokkal több mikrofoszil elemzés készül a mintákon a Föld és esetleg más bolygótestekből. ”
A kutatást a NASA Asztrobiológiai Intézete, a Wisconsini Egyetem – Madison, valamint az UCLA Evolúció és az élet eredetének tanulmányozására szolgáló központ támogatta. támogatja a Nemzeti Tudományos Alapítvány (EAR-1355590) és az UW – Madison.