Открытие дает новую характерную «биосигнатуру» для отслеживания остатков древней жизни, сохранившихся в горных породах, которые значительно изменились за миллиарды лет и могут помочь идентифицировать жизнь в других местах Солнечной системы.
Исследование, опубликованное в двух статьях - одна в Журнале геологического общества, а другая в Earth and Planetary Science Letters - решает давнюю проблему того, как ученые могут отслеживать записи о жизни на Земле в сильно метаморфизованных горных породах более чем 3, 700 миллионов лет, с органическим материалом, часто превращающимся в минеральный графит на основе углерода.
В первом исследовании, опубликованном в Earth and Planetary Science Letters, команда проанализировала десять образцов горных пород полосчатых железных образований (BIF) из Канады, Индии, Китая, Финляндии, США и Гренландии, охватывающих возраст более 2 000 миллионов лет. истории.
Они утверждают, что углерод, сохранившийся в графитоподобных кристаллах - «графитовый углерод», - расположенный рядом с такими минералами, как апатит, из которого состоят наши зубы и кости, и карбонат, является биосигнатурой древнейших форм жизни на Земле..
Жизнь на Земле полностью основана на углероде, и со временем она разлагается на различные вещества, такие как карбонат, апатит и нефть. Они попадают в слои осадочных пород, и в конечном итоге нефть становится графитом во время последующего метаморфизма в земной коры», - объяснил доктор Доминик Папино (UCL Earth Sciences, Центр планетарных наук и Лондонский центр нанотехнологий).
Наше открытие важно, поскольку ведутся горячие споры о том, свидетельствует ли ассоциация графита с апатитом о биологическом происхождении углерода, обнаруженного в древних горных породах. Теперь у нас есть множество доказательств того, что эти минеральные ассоциации являются биологическими в полосчатых железистых образованиях. Это имеет огромное значение для того, как мы определяем происхождение углерода в образцах внеземных пород, доставленных из других мест Солнечной системы».
Команда исследовала состав горных пород BIF, поскольку они почти всегда имеют докембрийский возраст (от 4 600 миллионов лет до 541 миллиона лет) и содержат информацию о древнейших средах на Земле.
Для этого они проанализировали состав горных пород возрастом от 1 800 миллионов лет до более чем 3 800 миллионов лет, используя ряд методов, включающих фотоны, электроны и ионы, чтобы охарактеризовать состав графита и другие минералы потенциального биогенного происхождения.
«Ранее предполагалось, что совместное обнаружение апатита и графита в древних породах было редким явлением, но это исследование показывает, что это обычное дело в BIF для различных степеней метаморфизации горных пород», - сказал член группы доктор Мэтью Додд (UCL Earth Sciences и Лондонский центр нанотехнологий).
Минералы апатита и графита, как полагают, имеют два возможных происхождения: минерализованные продукты разложения биологического органического вещества, которое включает расщепление молекул в масле при высоких температурах, или образование в результате небиологических реакций, имеющих отношение к химия того, как жизнь возникла из неживой материи.
Показав доказательства широкого распространения графитового углерода в апатите и карбонате в BIF вместе с его изотопным составом углерода, исследователи пришли к выводу, что минералы наиболее соответствуют биологическому происхождению из останков древнейших форм жизни на Земле..
Чтобы исследовать степень, в которой высокотемпературный метаморфизм вызывает потерю молекулярных, элементных и изотопных характеристик биологического вещества в горных породах, они проанализировали те же минералы из породы BIF возрастом 1 850 миллионов лет в Мичигане, которая была метаморфизировался при температуре 550 градусов по Цельсию.
В этом втором исследовании, опубликованном сегодня в Журнале геологического общества, команда показывает, что в графитовом углероде и связанных с ним апатите, карбонате и глинах обнаружено несколько биосигнатур.
Они использовали различные высокотехнологичные инструменты для обнаружения следов ключевых молекул, элементов и изотопов углерода графита и объединили это с несколькими методами микроскопии для изучения крошечных объектов, застрявших в горных породах, невидимых невооруженным глазом.
Вместе все их наблюдения за составом согласуются с происхождением из разложившейся биомассы, такой как окаменелости древних животных в музеях, но которая была сильно изменена высокими температурами.
Наши новые данные предоставляют дополнительные доказательства того, что графит, связанный с апатитом в BIF, скорее всего, имеет биологическое происхождение. происхождение изотопно-легкого графитового углерода с апатитом в самом старом BIF», - сказал доктор Папино.
"Мы показали, что биосигнатуры существуют в сильно метаморфизованных железных образованиях из Гренландии и северо-восточной Канады, возраст которых превышает 3 850 миллионов лет и датируется началом летописи осадочных пород."
Работа была любезно частично профинансирована НАСА.