Livet på jorden har haft en lång och turbulent historia. Forskare uppskattar att för ungefär 4 miljarder år sedan, bara 500 miljoner år efter att planeten Jorden bildades, uppstod de första enscelliga livsformerna. Vid den archean Eon (för 4 till 2,5 miljarder år sedan) tros flercelliga livformar ha dykt upp. Medan sådana organismer (Archaea) finns på grund av kolisotoper som finns i forntida bergarter, har fossila bevis förblivit svårfångade.
Allt detta har förändrats, tack vare en ny studie utförd av ett team av forskare från UCLA och University of Wisconsin – Madison. Efter att ha undersökt forntida stenprover från västra Australien, bestämde teamet att de innehöll de fossiliserade resterna av olika organismer som är 3,465 miljarder år gamla. I kombination med den senaste tidens upptäckt av exoplanetupptäckter stärker denna studie teorin om att livet är rikligt i universum.
Studien, med titeln "SIMS-analyser av den äldsta kända sammansättningen av mikrofossiler dokumenterar deras taxonkorrelerade kolisotopkompositioner", dykte nyligen upp i Fortsättningar från National Academy of Sciences. Som forskargruppen antydde, bestod deras studie av en kolisotopanalys av 11 mikrobiella fossiler tagna från den ~ 3 465 miljoner år gamla västra australiensiska Apex Chert.
Dessa 11 fossiler var olika i naturen och forskarna delade dem i fem artsgrupper baserat på deras uppenbara biologiska funktioner. Medan två av de fossila proverna tycks ha utfört en primitiv form av fotosyntes, producerade en annan uppenbarligen metangas. De återstående två verkar ha varit metankonsumenter, som de brukade bygga och underhålla sina cellväggar (ungefär som hur däggdjur använder fett).
Som J. William Schopf - en professor i paleobiologi vid UCLA College och huvudförfattaren på studien - anges i ett pressmeddelande från UCLA Newsroom:
”För 3.465 miljarder år sedan var livet redan olika på jorden; det är tydligt - primitiva fotosyntesmedel, metanproducenter, metananvändare. Dessa är de första uppgifterna som visar de mycket olika organismerna vid den tiden i jordens historia, och vår tidigare forskning har visat att det fanns svavelanvändare för 3,4 miljarder år också.
Denna studie, som är den mest detaljerade som någonsin genomförts på mikroorganismer som bevarats som forntida fossil, bygger på arbete som Schopf och hans medarbetare har utfört i över två decennier. Tillbaka 1993 genomförde Schopf och ett annat forskarteam en studie som först beskrev dessa typer av fossil. Detta följdes 2002 av en annan studie som bekräftade deras biologiska ursprung.
I den senaste studien fastställde Schopf och hans team vilken typ av organismer de är och hur komplexa de är. För att göra detta analyserade de mikroorganismerna med hjälp av en teknik som heter Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), som avslöjar förhållandet mellan kol-12 och kol-13. Medan kol-12 är stabil och den vanligaste typen som finns i naturen, är kol-13 en mindre vanlig men likadant stabil isotop som används i organisk kemiforskning.
Genom att separera kolet från varje fossil i dess bestående isotoper och bestämma deras förhållanden, kunde teamet dra slutsatsen hur länge sedan mikroorganismerna levde, och hur de levde. Denna uppgift utfördes av forskarna i Wisconsin, som leds av professor John Valley. "Skillnaderna i kolisotopförhållanden korrelerar med deras former," sade Valley. "Deras C-13-till-C-12-förhållanden är karakteristiska för biologi och metabolisk funktion."
Enligt det nuvarande vetenskapliga samförståndet hade avancerad fotosyntes ännu inte utvecklats och syre skulle inte dyka upp på jorden förrän 500 miljoner år senare. För 2 miljarder år sedan började koncentrationen av syregas snabbt öka. Detta innebär att dessa fossiler, ungefär ungefär en miljard år efter att Jorden bildades, skulle ha levt vid en tidpunkt då deras var lite syre i atmosfären.
Med tanke på att syre skulle vara giftigt för dessa typer av primitiva fotosyntesmedel, är de ganska sällsynta idag. I själva verket kan de bara hittas på platser där det finns tillräckligt med ljus men inget syre, något som sällan finns i kombination. Dessutom var klipporna själva en källa av stort intresse eftersom den genomsnittliga livslängden för sten utsatt för jordens yta endast är cirka 200 miljoner år.
När Shopf började sin karriär var de äldsta kända rockproven 500 miljoner år gamla. Detta innebär att de fossilbärande stenarna som han och hans team undersökt är så gamla som klippor på jorden kan få. Att hitta fossiliserat liv i sådana gamla prover visar att olika organismer och en livscykel redan hade utvecklats på jorden av den tidiga Archaen Eon, något som forskare bara misstänkte fram till denna tidpunkt.
Dessa fynd har naturligtvis konsekvenser för studien av hur och när livet växte fram på jorden. Bortom jorden har studien också konsekvenser eftersom den visar att livet växte fram när jorden fortfarande var mycket ung och i ett primitivt tillstånd. Det är därför inte osannolikt att en liknande process har ägt rum någon annanstans i universum. Som Schopf förklarade:
”Detta berättar för oss att livet måste ha börjat väsentligt tidigare och det bekräftar att det inte var svårt för det primitiva livet att formas och utvecklas till mer avancerade mikroorganismer. Men om förhållandena är rätt ser det ut som om livet i universum bör vara utbrett. ”
Denna studie möjliggjordes tack vare finansiering från NASAs astrobiologiska institut. Med tanke på framtiden indikerade Schopf att samma teknik som hittills använts för dessa fossiler sannolikt kommer att användas för att studera stenar som återförts av NASA: s besättningsuppdrag till Mars. Planerat för 2030-talet kommer detta uppdrag att innebära att man hämtar prov som erhållits av Mars 2020 Rover och föra dem tillbaka till jorden för analys.
