Professor de Geociências John Valley, à esquerda, e o cientista pesquisador Kouki Kitajima colaboram no Laboratório de Espectrômetro de Massa de Íons Secundários de Wisconsin (WiscSIMS) em Weeks Hall. Foto: Jeff Miller
Pesquisadores da UCLA e da University of Wisconsin – Madison confirmaram que fósseis microscópicos descobertos em um pedaço de rocha de quase 3,5 bilhões de anos no oeste da Austrália são os fósseis mais antigos já encontrada e, de fato, a mais antiga evidência direta de vida na Terra.
Um suporte de epóxi contendo uma lasca de uma rocha de quase 3,5 bilhões de anos do depósito de chert Apex na Austrália Ocidental é retratada no Laboratório de Espectrômetro de Massa de Íons Secundário de Wisconsin (WiscSIMS) em Weeks Hall. Foto: Jeff Miller
O estudo, publicado em 18 de dezembro de 2017 no Proceedings of the National Academy of Sciences, foi liderado por J. William Schopf, professor de paleobiologia da UCLA, e John W. Valley, professor de geociências da Universidade de Wisconsin-Madison. A pesquisa contou com novas tecnologias e conhecimentos científicos desenvolvidos por pesquisadores do Laboratório UW – Madison WiscSIMS.
O estudo descreve 11 espécimes microbianos de cinco táxons separados, ligando suas morfologias a assinaturas químicas características da vida. Alguns representam bactérias e micróbios agora extintos de um domínio da vida chamado Archaea, enquanto outros são semelhantes a espécies microbianas ainda encontradas hoje. As descobertas também sugerem como cada um pode ter sobrevivido em um planeta sem oxigênio.
Um exemplo de um dos microfósseis descobertos em uma amostra de rocha recuperada do Apex Chert. Um novo estudo usou análises químicas sofisticadas para confirmar que as estruturas microscópicas encontradas na rocha são biológicas. Cortesia de J. William Schopf
Os microfósseis – assim chamados porque não são evidentes a olho nu – foram descritos pela primeira vez na revista Science em 1993 por Schopf e sua equipe, que os identificou baseado principalmente nas formas cilíndricas e filamentosas únicas dos fósseis. Schopf, diretor do Centro para o Estudo da Evolução e da Origem da Vida da UCLA, publicou mais evidências de apoio de suas identidades biológicas em 2002.
Ele coletou a rocha na qual os fósseis foram encontrados em 1982 no Apex depósito de Chert da Austrália Ocidental, um dos poucos lugares do planeta onde as evidências geológicas da Terra primitiva foram preservadas, em grande parte porque não foi submetido a processos geológicos que o teriam alterado, como sepultamento e aquecimento extremo devido a placas tectônicas atividade.
Mas as interpretações anteriores de Schopf foram contestadas. Os críticos argumentaram que eles são apenas minerais estranhos que só parecem espécimes biológicos. No entanto, diz Valley, as novas descobertas colocam essas dúvidas de lado; os microfósseis são de fato biológicos.
“Acho que está resolvido”, diz ele.
Usando um espectrômetro de massa de íons secundários (SIMS) em UW – Madison chamado IMS 1280 – um de apenas um punhado desses instrumentos no mundo – Valley e sua equipe, incluindo os geocientistas do departamento Kouki Kitajima e Michael Spicuzza, conseguiram separar o carbono que compõe cada fóssil em seus isótopos constituintes e medir suas proporções.
Os isótopos são diferentes versões do mesmo elemento químico que variam em suas massas. Diferentes substâncias orgânicas – seja em rocha, micróbio ou animal – contêm proporções características de seus isótopos de carbono estáveis.
Usando SIMS, a equipe de Valley foi capaz de provocar separe o carbono-12 do carbono-13 dentro de cada fóssil e meça a proporção dos dois em comparação com um padrão de isótopo de carbono conhecido e uma seção sem fóssil da rocha em que foram encontrados.
” As diferenças nas taxas de isótopos de carbono se correlacionam com suas formas ”, diz Valley. “Se eles não são biológicos, não há razão para tal correlação. Suas proporções de C-13 para C-12 são características da biologia e da função metabólica.”
John Valley, professor de geociências, é retratado em seu escritório no Weeks Hall. Foto: Jeff Miller
Baseado em Com essas informações, os pesquisadores também puderam atribuir identidades e prováveis comportamentos fisiológicos aos fósseis presos dentro da rocha, diz Valley. Os resultados mostram que “se trata de um grupo de organismos primitivos, mas diverso”, diz Schopf.
A equipe identificou um grupo complexo de micróbios: bactérias fototróficas que teriam contado com o sol para produzir energia, Archaea que produzia metano e gamaproteobactérias que consumiam metano, um gás que se acredita ser um importante constituinte da atmosfera primitiva da Terra antes do oxigênio estava presente.
Pesquisadores de geociências da UW – Madison em uma viagem de campo de 2010 ao Apex Chert, uma formação rochosa em oeste da Austrália, que está entre os depósitos rochosos mais antigos e mais bem preservados do mundo. Cortesia de John Valley
A equipe de Valley levou quase 10 anos para desenvolver os processos para analisar com precisão os microfósseis – fósseis tão antigos e raros nunca foram submetidos à análise SIMS antes. O estudo baseia-se em realizações anteriores do WiscSIMS para modificar o instrumento SIMS, para desenvolver protocolos para preparação e análise de amostras e para calibrar os padrões necessários para combinar o mais próximo possível o conteúdo de hidrocarbonetos com as amostras de interesse.
Em preparação para a análise SIMS, a equipe precisou triturar meticulosamente a amostra original o mais lentamente possível para expor os próprios fósseis delicados – todos suspensos em diferentes níveis dentro da rocha e envoltos em uma camada dura de quartzo – sem realmente destruí-los. Spicuzza descreve a realização de incontáveis viagens para cima e para baixo nas escadas do departamento enquanto o técnico em geociências Brian Hess retifica e polia cada microfóssil da amostra, um micrômetro por vez.
Cada microfóssil tem cerca de 10 micrômetros de largura; oito deles caberiam na largura de um cabelo humano.
Valley e Schopf fazem parte do Wisconsin Astrobiology Research Consortium, financiado pelo NASA Astrobiology Institute, que existe para estudar e compreender as origens, o futuro e a natureza da vida na Terra e em todo o universo.
“Os fósseis do Apex são fragmentados. Difícil de encontrar. Difícil de estudar. Eles são abundantes, mas carbonizados, desfiados, excessivamente cozidos. Pequenos pedaços e pedaços são comuns, mas geralmente indefinidos; fragmentos curtos de duas ou três células são raros e fáceis de ignorar; os espécimes multicelulares são poucos e distantes entre si; e fósseis que poderiam ser chamados de ‘bem preservados’ – como os do depósito de Gunflint e Bitter Springs – não existem. Se esses vestígios não fossem tão antigos, não mereceriam muita atenção. ”
—J . William Schopf, “Cradle of Life”
Estudos como este, diz Schopf, indicam que a vida pode ser comum através de ghout o universo. Mas, o mais importante, aqui na Terra, porque vários tipos diferentes de micróbios já mostraram estar presentes há 3,5 bilhões de anos, isso nos diz que “a vida teve que ter começado substancialmente antes – ninguém sabe quanto antes – e confirma que não é difícil para a vida primitiva se formar e evoluir para microrganismos mais avançados ”, diz Schopf.
Estudos anteriores de Valley e sua equipe, datados de 2001, mostraram que oceanos de água líquida existiam na Terra desde 4,3 bilhões anos atrás, mais de 800 milhões de anos antes que os fósseis do presente estudo estivessem vivos, e apenas 250 milhões de anos após a formação da Terra.
“Não temos evidências diretas de que existia vida há 4,3 bilhões de anos mas não há razão para que não pudesse ”, diz Valley. “Isso é algo que todos nós gostaríamos de descobrir.”
UW – Madison tem um legado de adiar as datas aceitas do início da vida na Terra. Em 1953, o falecido Stanley Tyler, geólogo do universidade que faleceu em 1963 aos 57 anos, foi a primeira pessoa a descobrir microfósseis em rochas pré-cambrianas. Isso empurrou as origens da vida para mais de um bilhão de anos, de 540 milhões para 1,8 bilhões de anos atrás.
“As pessoas estão realmente interessadas em saber quando a vida na Terra surgiu pela primeira vez”, diz Valley. “Este estudo consumiu 10 vezes mais tempo e foi mais difícil do que eu imaginava, mas deu frutos por causa de muitas pessoas dedicadas que ficaram entusiasmadas com isso desde o primeiro dia … Acho que muito mais análises de microfósseis serão feitas nas amostras da Terra e possivelmente de outros corpos planetários. ”
A pesquisa foi apoiada pelo Instituto de Astrobiologia da NASA na Universidade de Wisconsin-Madison e pelo Centro para o Estudo da Evolução e a Origem da Vida na UCLA. WiscSIMS é apoiado pela National Science Foundation (EAR-1355590) e UW – Madison.