Жизнь на Земле имеет долгую и бурную историю. По оценкам ученых, примерно 4 миллиарда лет назад, всего через 500 миллионов лет после образования планеты Земля, возникли первые одноклеточные формы жизни. Согласно археонскому Эону (от 4 до 2,5 миллиардов лет назад) возникли многоклеточные формы жизни. В то время как существование таких организмов (архей) было выведено из углеродных изотопов, найденных в древних породах, ископаемые свидетельства остаются неуловимыми.
Все это изменилось благодаря недавнему исследованию, проведенному группой исследователей из Калифорнийского университета в Университете Висконсин-Мэдисон. После изучения древних образцов горных пород из Западной Австралии, группа определила, что они содержат окаменелые останки различных организмов, возраст которых составляет 3,465 миллиарда лет. В сочетании с недавним потоком открытий экзопланет это исследование укрепляет теорию о том, что во Вселенной много жизни.
Исследование под названием «SIMS-анализы старейшей известной совокупности микрофоссилий документируют их таксон-коррелированные изотопные составы углерода», недавно появившееся в Известия Национальной академии наук, Как указала исследовательская группа, их исследование состояло из углеродного изотопного анализа 11 микробных окаменелостей, взятых у западно-австралийского аперт-червя ~ 3465 миллионов лет.
Эти 11 окаменелостей были разнообразны по природе, и исследователи разделили их на пять групп видов в зависимости от их очевидных биологических функций. В то время как два из ископаемых образцов, по-видимому, осуществляли примитивную форму фотосинтеза, другой, по-видимому, производил газообразный метан. Оставшиеся два, по-видимому, были потребителями метана, которые они использовали для построения и поддержания своих клеточных стенок (очень похоже на то, как млекопитающие используют жир).
Как отметил Дж. Уильям Шопф - профессор палеобиологии в Колледже UCLA и ведущий автор исследования - в пресс-релизе UCLA Newsroom:
«3,465 миллиарда лет назад жизнь на Земле уже была разнообразна; это ясно - примитивные фотосинтезаторы, производители метана, потребители метана. Это первые данные, которые показывают очень разнообразные организмы в то время в истории Земли, и наше предыдущее исследование показало, что были пользователи серы 3,4 миллиарда лет назад.
Это исследование, которое является самым подробным из когда-либо проводившихся о микроорганизмах, сохранившихся как древние окаменелости, основано на работе, которую Шопф и его сотрудники выполняли более двух десятилетий. Еще в 1993 году Шопф и другая группа исследователей провели исследование, которое впервые описало эти виды окаменелостей. В 2002 году последовало еще одно исследование, которое подтвердило их биологическое происхождение.
В этом последнем исследовании Шопф и его команда установили, какие они организмы и насколько они сложны. Для этого они проанализировали микроорганизмы, используя методику под названием «Вторичная ионная масс-спектроскопия» (SIMS), которая выявляет соотношение углерода-12 и углерода-13. В то время как углерод-12 является стабильным и наиболее распространенным типом, встречающимся в природе, углерод-13 является менее распространенным, но столь же стабильным изотопом, который используется в исследованиях органической химии.
Разделив углерод от каждого ископаемого на составляющие его изотопы и определив их соотношение, команда смогла сделать вывод о том, как давно жили микроорганизмы, а также как они жили. Эта задача была выполнена исследователями из Висконсина, которые возглавлял профессор Джон Вэлли. «Различия в соотношениях изотопов углерода коррелируют с их формами», - сказал Вэлли. «Их соотношения C-13-C-12 характерны для биологии и метаболической функции».
Согласно текущему научному консенсусу, прогрессивный фотосинтез еще не развился, и кислород не появится на Земле до 500 миллионов лет спустя. 2 миллиарда лет назад концентрации кислорода стали быстро увеличиваться. Это означает, что эти окаменелости, находящиеся примерно через 1 миллиард лет после образования Земли, жили бы в то время, когда в атмосфере было мало кислорода.
Учитывая, что кислород будет ядовитым для этих типов примитивных фотосинтезаторов, они довольно редки сегодня. По правде говоря, их можно найти только в местах, где достаточно света, но нет кислорода, что редко встречается в комбинации. Более того, сами камни были источником большого интереса, поскольку средняя продолжительность жизни породы, выставленной на поверхность Земли, составляет всего около 200 миллионов лет.
Когда Шопф впервые начал свою карьеру, самым старым из известных образцов горных пород было 500 миллионов лет. Это означает, что ископаемые породы, которые он и его команда исследовали, так же стары, как камни на Земле. Обнаружение окаменелой жизни в таких древних образцах демонстрирует, что различные организмы и жизненный цикл уже эволюционировали на Земле к раннему архаену Эону, что ученые подозревали только до этого момента.
Эти результаты, естественно, имеют значение для изучения того, как и когда возникла жизнь на Земле. Помимо Земли, исследование также имеет значение, поскольку оно демонстрирует, что жизнь возникла, когда Земля была еще очень молода и находилась в примитивном состоянии. Поэтому не исключено, что подобный процесс происходил в других местах Вселенной. Как объяснил Шопф:
«Это говорит нам о том, что жизнь должна была начаться существенно раньше, и это подтверждает, что первобытной жизни было несложно сформироваться и эволюционировать в более совершенные микроорганизмы. Но, если условия правильные, похоже, что жизнь во вселенной должна быть широко распространена ».
Это исследование стало возможным благодаря финансированию, предоставленному Институтом астробиологии НАСА. Заглядывая в будущее, Шопф указал, что та же технология, которая использовалась для датирования этих окаменелостей, вероятно, будет использоваться для изучения горных пород, доставленных с помощью миссии НАСА на Марс. Запланированная на 2030-е годы, эта миссия повлечет за собой отбор образцов, полученных Марс 2020 Ровер и вернуть их на Землю для анализа.
