badania, opublikowane w dwóch artykułach-jednym w Journal of the Geological Society i innym w Earth and Planetary Science Letters-rozwiązują długotrwały problem, w jaki sposób naukowcy mogą śledzić zapisy życia na ziemi w wysoko metamorfozowanych skałach sprzed ponad 3700 milionów lat, z materiałem organicznym często zamieniającym się w grafit mineralny na bazie węgla.

w pierwszym badaniu, opublikowanym w Earth and Planetary Science Letters, zespół przeanalizował dziesięć próbek skalnych banded iron formations (BIF) z Kanady, Indii, Chin, Finlandii, USA i Grenlandii obejmujących ponad 2000 milionów lat historii.

twierdzą, że węgiel zachowany w kryształach grafitowych- „węglu Grafitowym” – zlokalizowanym obok minerałów takich jak apatyt, z którego zbudowane są nasze zęby i kości, oraz węglan, są biosynturami najstarszych form życia na Ziemi.

„życie na Ziemi jest oparte na węglu i z czasem rozkłada się na różne substancje, takie jak węglan, apatyt i olej. Zostają one uwięzione w warstwach skał osadowych, a ostatecznie olej staje się grafitem podczas późniejszego metamorfizmu w skorupie”, wyjaśnia dr Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Center for Planetary Sciences i London Centre for Nanotechnology).

„nasze odkrycie jest ważne, ponieważ gorąco dyskutuje się, czy związek grafitu z apatytem wskazuje na biologiczne pochodzenie węgla znalezionego w starożytnych skałach. Mamy teraz wiele dowodów na to, że te związki mineralne są biologiczne w prążkowanych formacjach żelaza. Ma to ogromny wpływ na sposób, w jaki określamy pochodzenie węgla w próbkach skał pozaziemskich zwróconych z innych części Układu Słonecznego.”

zespół badał skład skał BIF, ponieważ są one prawie zawsze w wieku Prekambryjskim (od 4600 milionów lat do 541 milionów lat) i zapisywał informacje o najstarszych środowiskach na Ziemi.

w tym celu przeanalizowali skład skał od 1800 milionów lat do ponad 3800 milionów lat, stosując szereg metod obejmujących fotony, elektrony i jony, aby scharakteryzować skład grafitu i innych minerałów potencjalnego pochodzenia biogennego.

„wcześniej zakładano, że znalezienie apatytu i grafitu razem w starożytnych skałach było rzadkością, ale to badanie pokazuje, że jest to powszechne w BIF w całym zakresie gatunków metamorficznych skał”, powiedział członek zespołu dr Matthew Dodd (UCL Earth Sciences and the London Centre for Nanotechnology).

uważa się, że minerały apatyt i grafit mają dwa możliwe źródła: zmineralizowane produkty zbutwiałej biologicznej materii organicznej, które obejmują rozpad cząsteczek w oleju w wysokich temperaturach lub powstawanie w wyniku reakcji niebiologicznych, które są istotne dla chemii, w jaki sposób życie powstało z nieożywionej materii.

pokazując dowody na powszechne występowanie węgla grafitowego w apatycie i węglanu w BIF wraz z jego składem izotopowym węgla, naukowcy dochodzą do wniosku, że minerały są najbardziej zgodne z biologicznym pochodzeniem ze szczątków najstarszych form życia na Ziemi.

aby zbadać, w jakim stopniu Metamorfizm wysokotemperaturowy powoduje utratę sygnatur molekularnych, elementarnych i izotopowych z materii biologicznej w skałach, przeanalizowali te same minerały z 1850 milionów lat skały BIF w Michigan, która metamorfizowała się w temperaturze 550 stopni Celsjusza.

w tym drugim badaniu, opublikowanym dzisiaj w Journal of the Geological Society, zespół wykazał, że kilka biosignatures znajduje się w węglu Grafitowym i związanym z nim apatycie, węglanie i glinach.

używali różnych zaawansowanych technologicznie instrumentów do wykrywania śladów kluczowych cząsteczek, pierwiastków i izotopów węgla grafitu i połączyli to z kilkoma technikami mikroskopowymi do badania małych obiektów uwięzionych w skałach, które są niewidoczne gołym okiem.

wszystkie ich obserwacje składu są zgodne z pochodzeniem ze zbutwiałej biomasy, takiej jak starożytne skamieniałości zwierząt w muzeach, ale która została silnie zmieniona przez wysokie temperatury.

„nasze nowe dane dostarczają dodatkowych dowodów na to, że grafit związany z apatytem w BIF jest najprawdopodobniej pochodzenia biologicznego. Ponadto, biorąc szereg obserwacji z całego zapisu geologicznego, rozwiązujemy od dawna kontrowersje dotyczące pochodzenia izotopowo lekkiego węgla grafitowego z apatytem w najstarszym BIF”, powiedział Dr Papineau.

„wykazaliśmy, że biosygnatury istnieją w silnie przeobrażonych formacjach żelaza z Grenlandii i północno-wschodniej Kanady, które mają ponad 3850 milionów lat i pochodzą z początku zapisu skał osadowych.”

prace zostały częściowo sfinansowane przez NASA.