Vielfältige Lebensformen haben sich möglicherweise früher entwickelt als bisher angenommen

Diverses mikrobielles Leben existierte vor mindestens 3,75 Milliarden Jahren auf der Erde, legt eine neue Studie unter der Leitung von UCL-Forschern nahe, die die herkömmliche Sichtweise des Beginns des Lebens in Frage stellt.

Für die Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritteanalysierte das Forschungsteam einen faustgroßen Felsen aus Quebec, Kanada, der auf ein Alter von schätzungsweise 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahre geschätzt wird. In einem früheren Natur Papier fand das Team winzige Filamente, Noppen und Röhren im Gestein, die anscheinend von Bakterien hergestellt wurden.

Allerdings waren sich nicht alle Wissenschaftler einig, dass diese Strukturen – etwa 300 Millionen Jahre früher als das, was gemeinhin als erstes Zeichen des antiken Lebens gilt – biologischen Ursprungs waren.

Jetzt, nach umfassender weiterer Analyse des Gesteins, hat das Team eine viel größere und komplexere Struktur entdeckt – einen Stamm mit parallelen Ästen auf einer Seite, der fast einen Zentimeter lang ist – sowie Hunderte von verzerrten Kugeln oder Ellipsoiden daneben Rohre und Filamente.

Die Forscher sagen, dass, während einige der Strukturen möglicherweise durch zufällige chemische Reaktionen entstanden sein könnten, der „baumartige“ Stamm mit parallelen Ästen höchstwahrscheinlich biologischen Ursprungs war, da keine Struktur gefunden wurde, die allein durch Chemie geschaffen wurde.

Das Team weist auch nach, wie die Bakterien ihre Energie auf unterschiedliche Weise gewonnen haben. Sie fanden mineralisierte chemische Nebenprodukte im Gestein, die mit uralten Mikroben übereinstimmen, die von Eisen, Schwefel und möglicherweise auch Kohlendioxid und Licht durch eine Form der Photosynthese ohne Sauerstoff leben.

Diese neuen Erkenntnisse legen den Forschern zufolge nahe, dass auf der Urerde eine Vielzahl mikrobiellen Lebens existiert haben könnte, möglicherweise nur 300 Millionen Jahre nach der Entstehung des Planeten.

Hauptautor Dr. Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, UCL London Centre for Nanotechnology, Centre for Planetary Sciences und China University of Geosciences) sagte: „Unter Verwendung vieler verschiedener Beweislinien deutet unsere Studie stark darauf hin, dass eine Reihe verschiedener Arten von Bakterien existierten Erde vor 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahren.“

„Das bedeutet, dass das Leben erst 300 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde begonnen haben könnte. Aus geologischer Sicht ist das schnell – etwa eine Umdrehung der Sonne um die Galaxie.“

„Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf die Möglichkeit außerirdischen Lebens. Wenn Leben unter den richtigen Bedingungen relativ schnell entsteht, erhöht dies die Chance, dass Leben auf anderen Planeten existiert.“

Für die Studie untersuchten die Forscher Gesteine ​​aus dem Nuvvuagittuq Supracrustal Belt (NSB) in Quebec, die Dr. Papineau 2008 gesammelt hatte. Der NSB, einst ein Stück Meeresboden, enthält einige der ältesten bekannten Sedimentgesteine ​​der Erde, von denen angenommen wird, dass sie abgelagert wurden in der Nähe eines Systems hydrothermaler Quellen, wo Risse im Meeresboden eisenreiches, durch Magma erhitztes Wasser durchlassen.

Das Forscherteam schnitt das Gestein in etwa papierdicke (100 Mikrometer) Abschnitte, um die winzigen, fossilähnlichen Strukturen, die aus Hämatit, einer Form von Eisenoxid oder Rost, bestehen und in Quarz eingeschlossen sind, genau zu beobachten. Diese Gesteinsscheiben, die mit einer diamantbesetzten Säge geschnitten wurden, waren mehr als doppelt so dick wie frühere Abschnitte, die die Forscher geschnitten hatten, sodass das Team größere Hämatitstrukturen darin erkennen konnte.

Sie verglichen die Strukturen und Zusammensetzungen mit neueren Fossilien sowie mit eisenoxidierenden Bakterien, die sich heute in der Nähe hydrothermaler Quellen befinden. Sie fanden moderne Äquivalente zu den sich windenden Filamenten, parallel verzweigten Strukturen und verzerrten Kugeln (unregelmäßige Ellipsoide), zum Beispiel in der Nähe des Unterwasservulkans Loihi in der Nähe von Hawaii, sowie andere Schlotsysteme in der Arktis und im Indischen Ozean.

Neben der Analyse der Gesteinsproben unter verschiedenen optischen und Raman-Mikroskopen (die die Lichtstreuung messen) rekonstruierte das Forschungsteam auch Abschnitte des Gesteins digital mit einem Supercomputer, der Tausende von Bildern aus zwei hochauflösenden Bildgebungsverfahren verarbeitete. Die erste Technik war die Mikro-CT oder Mikrotomographie, die Röntgenstrahlen verwendet, um den Hämatit im Inneren des Gesteins zu betrachten. Der zweite war ein fokussierter Ionenstrahl, der winzige – 200 Nanometer dicke – Gesteinsscheiben abschabt, wobei ein integriertes Elektronenmikroskop zwischen jeder Scheibe ein Bild aufnimmt.

Beide Techniken erzeugten Stapel von Bildern, die zur Erstellung von 3-D-Modellen verschiedener Ziele verwendet wurden. Die 3-D-Modelle ermöglichten es den Forschern dann zu bestätigen, dass die Hämatit-Filamente wellig und verdreht waren und organischen Kohlenstoff enthielten, was Eigenschaften sind, die mit modernen eisenfressenden Mikroben geteilt werden.

In ihrer Analyse kam das Team zu dem Schluss, dass die Hämatitstrukturen nicht durch das Zusammendrücken und Erhitzen des Gesteins (Metamorphose) über Milliarden von Jahren entstanden sein können, und wies darauf hin, dass die Strukturen in feinerem Quarz besser erhalten zu sein schienen (weniger von Metamorphose betroffen). ) als im gröberen Quarz (der mehr Metamorphose durchgemacht hat).

Die Forscher untersuchten auch die Gehalte an Seltenerdelementen in dem mit Fossilien beladenen Gestein und stellten fest, dass sie die gleichen Gehalte hatten wie andere alte Gesteinsproben. Dies bestätigte, dass die Ablagerungen am Meeresboden so alt waren wie das umgebende Vulkangestein und nicht jüngere Imposter-Infiltrationen, wie einige behauptet haben.

Vor dieser Entdeckung wurden die ältesten zuvor gemeldeten Fossilien in Westaustralien gefunden und auf ein Alter von 3,46 Milliarden Jahren datiert, obwohl einige Wissenschaftler ihren Status als Fossilien ebenfalls angefochten haben und argumentieren, dass sie nicht biologischen Ursprungs sind.