Spurenelemente des frühen mikrobiellen Lebens in Gesteinen könnten helfen zu bestimmen, wann das Leben auf der Erde begann

Unter Verwendung eines leistungsstarken Mikroskops haben Forscher der University of Alabama eine Methode gezeigt, die aussagekräftige Daten zur Bestimmung des Ursprungs des Lebens auf der Erde und zur Frage, ob Leben auf anderen Planeten existierte, liefern kann.

Unter der Leitung von UA-Geologen, die sich auf die Verwendung leistungsstarker Mikroskope für biologisches Material spezialisiert haben, haben Forscher nachgewiesen, dass Spurenelemente des frühen mikrobiellen Lebens in Gesteinen und Mineralien gefunden werden können, was laut den in veröffentlichten Ergebnissen bei der Bestimmung des Beginns des Lebens auf der Erde helfen könnte Proceedings of the National Academy of Sciences.

Bestimmte Bakterien erzeugen Kristalle, aber es kann schwierig sein zu entscheiden, ob ein uralter winziger Kristall in einem Gestein von Bakterien oder durch anorganische Mineralbildung hergestellt wurde. Unter Verwendung von Atomsondentomographie in einer Studie unter der Leitung von Dr. Alberto Perez-Huerta, Professor für geologische Wissenschaften an der UA, zeigten die Forscher, dass sie die von den Bakterien hinterlassenen chemischen Abdrücke im Nanobereich identifizieren können, die die Kristalle von denen unterscheiden, die in einem geologischen Prozess gebildet wurden.

Die Methode könnte auf Proben von anderen Planeten wie einem Meteoriten oder einer vom Mars mit einem Raumschiff zurückgebrachten Probe angewendet werden, um zu beurteilen, ob den Ergebnissen zufolge einst Bakterien in der Probe vorhanden waren.

„Frühere Studien, die für einen Zusammenhang zwischen dem Ursprung des Lebens und Mineralien plädiert haben, basierten auf Indizienbeweisen“, sagte Perez-Huerta. „Unser Ansatz liefert die schlagende Waffe, die es Wissenschaftlern ermöglicht, direkte Beweise für diese Verbindung zu visualisieren. Dies kann viele wertvolle Daten darüber freisetzen, wie das Leben vor Millionen von Jahren auf der Erde erschien, und kann Fragen darüber aufwerfen, was das Leben auf anderen Planeten ausmacht.“

Für die Studie nutzten die UA-Forscher die Instrumente des Alabama Analytical Research Center, einer Forschungseinrichtung, die sich der Charakterisierung im Nanomaßstab widmet – der Untersuchung und Manipulation von Materialien, die 1.000-mal kleiner als ein menschliches Haar sein können. Es umfasst Atomsonden, die eine detaillierte 3D-Atomkarte eines Materials zeigen.

In diesem Maßstab war es jedoch schwierig, organische Materialien zu untersuchen, was die Antworten auf die Frage, wann das Leben auf der Erde entstand, einschränkte. Wissenschaftler datieren das früheste Gestein auf ein Alter von etwa 3,8 Milliarden Jahren mit möglichen Hinweisen auf Bakterien, die vor etwa 3,5 Milliarden Jahren in Gesteinen auftauchten. Es ist jedoch weder klar, wie oder wann sich Bakterien gebildet haben, noch ist klar, welche Art von Bakterien sich am frühesten gebildet hat.

Kristallbildung ist der wahrscheinlichste Ort, um diese frühen Mikroben zu finden. Eine Art von Lebensform namens magnetotaktische Bakterien bilden magnetische Kristalle in sich selbst, um sich mit dem Magnetfeld der Erde auszurichten und im Wesentlichen einen Kompass für die Navigation zu schaffen. Wenn sie sterben, bleiben die Kristalle zurück, aber bei dieser Größe war es schwer zu sagen, ob ein Kristall von den Bakterien stammte.

Unter Verwendung von Proben, von denen bekannt ist, dass sie organische Kristalle enthalten, zeigte das von UA ​​geleitete Projekt, dass die magnetotaktischen Bakterien Spuren der Elemente Kohlenstoff und Stickstoff in Nanogröße hinterlassen, die für das Leben auf der Erde notwendig sind.

„Wir haben gezeigt, dass wir in diesem kleinen Maßstab die wichtigsten Bausteine ​​für das Leben finden können“, sagte Perez-Huerta. „Die Fähigkeit, diese Biosignaturen zu finden, ermöglicht es uns, die primitiven Lebensformen zu verstehen, mit denen die Evolution begann.“