La investigación, publicada en dos artículos, uno en el Journal of the Geological Society y otro en Earth and Planetary Science Letters, resuelve el problema de larga data de cómo los científicos pueden rastrear los registros de vida en la Tierra en rocas altamente metamorfoseadas de más de 3.700 millones de años de antigüedad, con material orgánico que a menudo se convierte en grafito mineral a base de carbono.
En el primer estudio, publicado en Earth and Planetary Science Letters, el equipo analizó diez muestras de rocas de formaciones de hierro con bandas (BIF) de Canadá, India, China, Finlandia, Estados Unidos y Groenlandia, que abarcan más de 2.000 millones de años de historia.
Argumentan que el carbono conservado en cristales similares al grafito,’ carbono grafítico’, ubicado junto a minerales como la apatita, de la que están hechos nuestros dientes y huesos, y el carbonato, son las señales biológicas de las formas de vida más antiguas de la Tierra.
«La vida en la Tierra está basada en carbono y, con el tiempo, se descompone en diferentes sustancias, como carbonato, apatita y aceite. Estos quedan atrapados en capas de roca sedimentaria y, finalmente, el aceite se convierte en grafito durante el metamorfismo posterior en la corteza», explicó el Dr. Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Centro de Ciencias Planetarias y Centro de Nanotecnología de Londres).
«Nuestro descubrimiento es importante, ya que se debate acaloradamente si la asociación del grafito con la apatita es indicativa de un origen biológico del carbono encontrado en rocas antiguas. Ahora tenemos múltiples hebras de evidencia de que estas asociaciones minerales son biológicas en formaciones de hierro con bandas. Esto tiene enormes implicaciones en la forma en que determinamos el origen del carbono en muestras de rocas extraterrestre devueltas de otras partes del Sistema Solar.»
El equipo investigó la composición de las rocas BIF, ya que son casi siempre de edad precámbrica (de 4.600 a 541 millones de años) y registró información sobre los entornos más antiguos de la Tierra.
Para ello, analizaron la composición de rocas de 1.800 millones de años de antigüedad a más de 3.800 millones de años de antigüedad utilizando una gama de métodos que involucran fotones, electrones e iones para caracterizar la composición del grafito y otros minerales de origen biogénico potencial.
«Anteriormente, se suponía que encontrar apatita y grafito juntos en rocas antiguas era una ocurrencia rara, pero este estudio muestra que es común en BIF en una gama de grados metamórficos de roca», dijo el miembro del equipo, el Dr. Matthew Dodd (UCL Earth Sciences y el Centro de Nanotecnología de Londres).
Se cree que los minerales de apatita y grafito tienen dos orígenes posibles: productos mineralizados de materia orgánica biológica descompuesta, que incluye la descomposición de moléculas en el aceite a altas temperaturas, o la formación a través de reacciones no biológicas que son relevantes para la química de cómo surgió la vida de la materia no viva.
Al mostrar evidencia de la presencia generalizada de carbono grafítico en apatita y carbonato en BIF junto con su composición de isótopos de carbono, los investigadores concluyen que los minerales son más consistentes con un origen biológico de los restos de las formas de vida más antiguas de la Tierra.
Para investigar el grado en que el metamorfismo a alta temperatura causa una pérdida en las firmas moleculares, elementales e isotópicas de la materia biológica en las rocas, analizaron los mismos minerales de una roca BIF de 1,850 millones de años de antigüedad en Michigan que se había metamorfoseado en 550 grados Celsius de calor.
En este segundo estudio, publicado hoy en Journal of the Geological Society, el equipo muestra que se encuentran varias señales biológicas en el carbono grafítico y la apatita, carbonato y arcillas asociados.
Utilizaron una variedad de instrumentos de alta tecnología para detectar rastros de moléculas clave, elementos e isótopos de carbono de grafito y combinaron esto con varias técnicas de microscopía para estudiar pequeños objetos atrapados en rocas que son invisibles a simple vista.
En conjunto, todas sus observaciones de la composición son consistentes con un origen de biomasa descompuesta, como la de fósiles de animales antiguos en museos, pero que ha sido fuertemente alterada por las altas temperaturas.
«Nuestros nuevos datos proporcionan líneas adicionales de evidencia de que el grafito asociado con la apatita en BIF es probablemente de origen biológico. Además, al tomar una serie de observaciones de todo el registro geológico, resolvemos una controversia de larga data sobre el origen del carbono grafítico isotópico ligero con apatita en el BIF más antiguo», dijo el Dr. Papineau.
«Hemos demostrado que existen biosignaturas en formaciones de hierro altamente metamorfoseadas de Groenlandia y el noreste de Canadá que tienen más de 3.850 millones de años de antigüedad y datan del comienzo del registro de rocas sedimentarias.»
El trabajo fue amablemente financiado en parte por la NASA.