La ricerca, pubblicata in due articoli-uno nel Giornale della Società Geologica ed un altro in Earth and Planetary Science Letters — risolve il vecchio problema di come gli scienziati possono track record della vita sulla Terra altamente metamorfosate più di 3.700 milioni di anni, con materiale organico che spesso diventa il carbonio minerale a base di grafite.

Nel primo studio, pubblicato su Earth and Planetary Science Letters, il team ha analizzato dieci campioni di roccia di formazioni di ferro a bande (BIF) provenienti da Canada, India, Cina, Finlandia, Stati Uniti e Groenlandia che coprono oltre 2.000 milioni di anni di storia.

Sostengono che il carbonio conservato in cristalli simili alla grafite- “carbonio grafitico” – situato accanto a minerali come l’apatite, di cui sono fatti i nostri denti e le nostre ossa, e il carbonato, sono le biosignature delle più antiche forme di vita sulla Terra.

” La vita sulla Terra è tutta a base di carbonio e nel tempo si decompone in diverse sostanze, come carbonato, apatite e olio. Questi rimangono intrappolati in strati di roccia sedimentaria e alla fine l’olio diventa grafite durante il successivo metamorfismo nella crosta”, ha spiegato il dottor Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Center for Planetary Sciences e London Centre for Nanotechnology).

“La nostra scoperta è importante in quanto è molto dibattuto se l’associazione della grafite con l’apatite sia indicativa di un’origine biologica del carbonio trovato nelle rocce antiche. Ora abbiamo più filoni di prova che queste associazioni minerali sono biologici in formazioni di ferro fasciato. Ciò ha enormi implicazioni per come determiniamo l’origine del carbonio in campioni di rocce extraterrestri restituite da altrove nel Sistema solare.”

Il team ha studiato la composizione delle rocce BIF in quanto sono quasi sempre di età precambriana (da 4.600 milioni di anni a 541 milioni di anni) e registra informazioni sugli ambienti più antichi della Terra.

Per questo, hanno analizzato la composizione di rocce che vanno da 1.800 milioni di anni a più di 3.800 milioni di anni utilizzando una serie di metodi che coinvolgono fotoni, elettroni e ioni per caratterizzare la composizione di grafite e altri minerali di potenziale origine biogenica.

“In precedenza, si presumeva che trovare apatite e grafite insieme in rocce antiche fosse un evento raro, ma questo studio dimostra che è comune nel BIF in una gamma di gradi metamorfici di roccia”, ha detto il membro del team Dr Matthew Dodd (UCL Earth Sciences e London Centre for Nanotechnology).

Si pensa che i minerali di apatite e grafite abbiano due possibili origini: prodotti mineralizzati di materia organica biologica decaduta, che include la scomposizione di molecole nell’olio ad alte temperature, o la formazione attraverso reazioni non biologiche che sono rilevanti per la chimica di come la vita è nata dalla materia non vivente.

Mostrando prove per la diffusa presenza di carbonio grafitico in apatite e carbonato nel BIF insieme alla sua composizione di isotopi di carbonio, i ricercatori concludono che i minerali sono più coerenti con un’origine biologica dai resti delle più antiche forme di vita della Terra.

Per studiare la misura in cui il metamorfismo ad alta temperatura provoca una perdita di firme molecolari, elementari e isotopiche dalla materia biologica nelle rocce, hanno analizzato gli stessi minerali da una roccia BIF vecchia di 1.850 milioni di anni nel Michigan che si era metamorfizzata in calore di 550 gradi Celsius.

In questo secondo studio, pubblicato oggi sul Journal of the Geological Society, il team mostra che diverse biosignature si trovano nel carbonio grafitico e l’apatite associata, carbonato e argille.

Hanno usato una varietà di strumenti high-tech per rilevare tracce di molecole chiave, elementi e isotopi di carbonio della grafite e combinato questo con diverse tecniche di microscopia per studiare piccoli oggetti intrappolati nelle rocce che sono invisibili ad occhio nudo.

Insieme, tutte le loro osservazioni sulla composizione sono coerenti con un’origine da biomassa decaduta, come quella di antichi fossili animali nei musei, ma che è stata fortemente alterata dalle alte temperature.

“I nostri nuovi dati forniscono ulteriori linee di prova che la grafite associata all’apatite nel BIF è molto probabilmente di origine biologica. Inoltre, prendendo una serie di osservazioni da tutto il record geologico, risolviamo una controversia di lunga data per quanto riguarda l” origine del carbonio grafitico isotopicamente leggero con apatite nel più antico BIF, ” ha detto il dottor Papineau.

“Abbiamo dimostrato che le biosignature esistono in formazioni di ferro altamente metamorfosate provenienti dalla Groenlandia e dal Canada nord-orientale che hanno più di 3.850 milioni di anni e risalgono all’inizio del record di roccia sedimentaria.”

Il lavoro è stato gentilmente finanziato in parte dalla NASA.