Die Forschung, die in zwei Artikeln veröffentlicht wurde – eine im Journal of the Geological Society und eine andere in Earth and Planetary Science Letters – löst das langjährige Problem, wie Wissenschaftler Aufzeichnungen über das Leben auf der Erde in stark metamorphosierten Gesteinen verfolgen können, die mehr als 3.700 Millionen Jahre alt sind, wobei organisches Material oft in das auf Kohlenstoff basierende Mineral Graphit umgewandelt wird.In der ersten Studie, die in Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde, analysierte das Team zehn Gesteinsproben von Banded Iron Formations (BIF) aus Kanada, Indien, China, Finnland, den USA und Grönland aus über 2.000 Millionen Jahren Geschichte.Sie argumentieren, dass Kohlenstoff, der in graphitähnlichen Kristallen – ‚graphitischem Kohlenstoff‘ – neben Mineralien wie Apatit, aus dem unsere Zähne und Knochen bestehen, und Carbonat erhalten bleibt, die Biosignaturen der ältesten Lebensformen auf der Erde sind.

„Das Leben auf der Erde basiert ausschließlich auf Kohlenstoff und zerfällt im Laufe der Zeit in verschiedene Substanzen wie Carbonat, Apatit und Öl. Diese werden in Sedimentgesteinsschichten eingeschlossen und schließlich wird das Öl bei der anschließenden Metamorphose in der Kruste zu Graphit „, erklärte Dr. Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Center for Planetary Sciences und London Centre for Nanotechnology).

„Unsere Entdeckung ist wichtig, da es heiß diskutiert wird, ob die Assoziation von Graphit mit Apatit auf einen biologischen Ursprung des Kohlenstoffs in alten Gesteinen hinweist. Wir haben jetzt mehrere Beweisstränge dafür, dass diese Mineralassoziationen in gebänderten Eisenformationen biologisch sind. Dies hat enorme Auswirkungen darauf, wie wir den Ursprung von Kohlenstoff in Proben von außerirdischen Gesteinen bestimmen, die von anderswo im Sonnensystem zurückgegeben wurden.“

Das Team untersuchte die Zusammensetzung von BIF-Gesteinen, da sie fast immer präkambrischen Alters sind (4.600 Millionen Jahre bis 541 Millionen Jahre alt) und Informationen über die ältesten Umgebungen der Erde aufzeichnen.

Dazu analysierten sie die Zusammensetzung von Gesteinen von 1.800 Millionen Jahren bis zu mehr als 3.800 Millionen Jahren mit einer Reihe von Methoden, an denen Photonen, Elektronen und Ionen beteiligt waren, um die Zusammensetzung von Graphit und anderen Mineralien potenziellen biogenen Ursprungs zu charakterisieren.“Früher wurde angenommen, dass das Finden von Apatit und Graphit zusammen in alten Gesteinen ein seltenes Ereignis war, aber diese Studie zeigt, dass es in BIF über eine Reihe von metamorphen Gesteinsgraden üblich ist“, sagte Teammitglied Dr. Matthew Dodd (UCL Earth Sciences und das London Centre for Nanotechnology).

Es wird angenommen, dass die Apatit- und Graphitminerale zwei mögliche Ursprünge haben: mineralisierte Produkte zerfallener biologischer organischer Materie, Dazu gehört der Abbau von Molekülen in Öl bei hohen Temperaturen, oder Bildung durch nichtbiologische Reaktionen, die für die Chemie relevant sind, wie Leben aus nicht lebender Materie entstanden ist.Indem sie Beweise für das weit verbreitete Vorkommen von graphitischem Kohlenstoff in Apatit und Carbonat in BIF zusammen mit seiner Kohlenstoffisotopenzusammensetzung zeigen, schließen die Forscher, dass die Mineralien am ehesten mit einem biologischen Ursprung aus den Überresten der ältesten Lebensformen der Erde übereinstimmen.Um zu untersuchen, inwieweit Hochtemperatur-Metamorphose einen Verlust an molekularen, elementaren und Isotopensignaturen von biologischer Materie in Gesteinen verursacht, analysierten sie die gleichen Mineralien aus einem 1.850 Millionen Jahre alten BIF-Gestein in Michigan, das sich in 550 Grad Celsius Hitze verwandelt hatte.

In dieser zweiten Studie, die heute im Journal of the Geological Society veröffentlicht wurde, zeigt das Team, dass mehrere Biosignaturen im graphitischen Kohlenstoff und den damit verbundenen Apatiten, Carbonaten und Tonen gefunden werden.Sie verwendeten eine Vielzahl von High-Tech-Instrumenten, um Spuren von Schlüsselmolekülen, Elementen und Kohlenstoffisotopen von Graphit zu erkennen, und kombinierten dies mit verschiedenen Mikroskopietechniken, um winzige Objekte zu untersuchen, die in Gesteinen eingeschlossen sind, die für das bloße Auge unsichtbar sind.Zusammengenommen stimmen alle ihre Beobachtungen der Zusammensetzung mit einem Ursprung aus verfallener Biomasse überein, wie dem alter Tierfossilien in Museen, die jedoch durch hohe Temperaturen stark verändert wurden.

„Unsere neuen Daten liefern zusätzliche Hinweise darauf, dass Graphit, das mit Apatit in BIF assoziiert ist, höchstwahrscheinlich biologischen Ursprungs ist. Außerdem, durch eine Reihe von Beobachtungen aus der gesamten geologischen Aufzeichnung, Wir lösen eine langjährige Kontroverse über den Ursprung von isotopisch leichtem graphitischen Kohlenstoff mit Apatit im ältesten BIF,“ sagte Dr. Papineau.“Wir haben gezeigt, dass Biosignaturen in stark metamorphosierten Eisenformationen aus Grönland und dem Nordosten Kanadas existieren, die mehr als 3.850 Millionen Jahre alt sind und aus dem Beginn der Sedimentgesteinsaufzeichnung stammen.“

Die Arbeit wurde freundlicherweise teilweise von der NASA finanziert.