forskningen, publicerad i två artiklar-en i Journal of the Geological Society och en annan i Earth and Planetary Science Letters-löser det långvariga problemet med hur forskare kan spåra register över livet på jorden i mycket metamorphosed bergarter mer än 3,700 miljoner år gamla, med organiskt material som ofta förvandlas till kolbaserad mineralgrafit.i den första studien, publicerad i Earth and Planetary Science Letters, analyserade teamet tio stenprover av bandade järnformationer (BIF) från Kanada, Indien, Kina, Finland, USA och Grönland som spänner över 2000 miljoner års historia.
de hävdar att kol bevarat i grafitliknande kristaller – ’grafitiskt kol’ – som ligger bredvid mineraler som apatit, som våra tänder och ben är gjorda av och karbonat, är biosignaturerna för de äldsta livsformerna på jorden.
”livet på jorden är allt kolbaserat och över tiden sönderdelas det i olika ämnen, såsom karbonat, apatit och olja. Dessa blir fångade i lager av sedimentära bergarter och så småningom blir oljan grafit under efterföljande metamorfism i skorpan,” förklarade Dr Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Center for Planetary Sciences och London Center for Nanotechnology).
” vår upptäckt är viktig eftersom det diskuteras varmt om föreningen av grafit med apatit är en indikation på ett biologiskt ursprung av kolet som finns i gamla stenar. Vi har nu flera bevis på att dessa mineralföreningar är biologiska i bandade järnformationer. Detta har enorma konsekvenser för hur vi bestämmer kolens ursprung i prover av utomjordiska stenar som returneras från andra håll i solsystemet.”
teamet undersökte sammansättningen av BIF-stenar eftersom de nästan alltid är prekambriska (4 600 miljoner år gamla till 541 miljoner år gamla) och registrerar information om de äldsta miljöerna på jorden.
för detta analyserade de sammansättningen av stenar som sträcker sig från 1 800 miljoner år gamla till mer än 3 800 miljoner år gamla med hjälp av en rad metoder som involverar fotoner, elektroner och joner för att karakterisera sammansättningen av grafit och andra mineraler av potentiellt biogent ursprung.
”tidigare antogs det att hitta apatit och grafit tillsammans i gamla stenar var en sällsynt förekomst men denna studie visar att det är vanligt i BIF över en rad bergmetamorfa kvaliteter”, säger teammedlem Dr Matthew Dodd (UCL Earth Sciences och London Center for Nanotechnology).
apatiten och grafitmineralerna tros ha två möjliga ursprung: mineraliserade produkter av förfallet biologiskt organiskt material, vilket innefattar nedbrytning av molekyler i olja vid höga temperaturer, eller bildning genom icke-biologiska reaktioner som är relevanta för kemin för hur livet uppstod från icke-levande materia.genom att visa bevis för den utbredda förekomsten av grafitiskt kol i apatit och karbonat i BIF tillsammans med dess kol-isotopkomposition drar forskarna slutsatsen att mineralerna är mest förenliga med ett biologiskt ursprung från resterna av jordens äldsta livsformer.
för att undersöka i vilken utsträckning högtemperaturmetamorfism orsakar en förlust i molekylära, elementära och isotopsignaturer från biologisk materia i stenar analyserade de samma mineraler från en 1 850 miljoner år gammal BIF-sten i Michigan som hade metamorfoserats i 550 grader Celsius värme.
i denna andra studie, publicerad idag i Journal of the Geological Society, visar laget att flera biosignaturer finns i grafitiskt kol och tillhörande apatit, karbonat och leror.
de använde en mängd högteknologiska instrument för att upptäcka spår av nyckelmolekyler, element och kolisotoper av grafit och kombinerade detta med flera mikroskopitekniker för att studera små föremål fångade i stenar som är osynliga för blotta ögat.
tillsammans är alla deras observationer av kompositionen förenliga med ett ursprung från förfallen biomassa, såsom den för gamla djurfossiler i museer, men som har förändrats starkt av höga temperaturer.
” våra nya data ger ytterligare bevis för att grafit associerad med apatit i BIF troligen är biologiskt ursprung. Dessutom, genom att ta en rad observationer från hela den geologiska posten, Vi löser en långvarig kontrovers angående ursprunget till isotopiskt lätt grafitiskt kol med apatit i den äldsta BIF,” sa Dr Papineau.
”Vi har visat att biosignaturer finns i mycket metamorphosed järnformationer från Grönland och nordöstra Kanada som är mer än 3,850 miljoner år gamla och är från början av sedimentära bergarter rekord.”
arbetet finansierades delvis av NASA.