Когда сделал жизнь на Земле, начинаются? Ученые копнули через геологический учет, и чем глубже они смотрят, тем больше кажется, что биология казалась ранней в истории 4,5 миллиардов лет нашей планеты. До сих пор геологи еще раскрыли возможные следы жизни 3,8 миллиарда лет. Теперь, спорное новое исследование представляет потенциальные доказательства, что жизнь возникла за 300 миллионов лет до этого, во время таинственного периода после формирования Земли.
Подсказки спрятаны в микроскопических пятнах графита — углеродного минерала — заманенный в ловушку в единственном большом кристалле циркона. Цирконы растут в магмах, часто включая другие полезные ископаемые в их кристаллические структуры кремния, кислорода и циркония. И несмотря на то, что они только охватывают ширину человеческих волос, цирконы почти неразрушимы. Они могут пережить камни, в которых они первоначально сформировались, устойчивые многократные циклы эрозии и отложения.
Фактически, несмотря на то, что самые старые камни на Земле датируются только 4 миллиарда лет, исследователи сочли цирконы до 4,4 миллиардов лет. Эти кристаллы обеспечивают редкий проблеск в первую главу истории Земли, известной как катархей. “Они – в значительной степени наши единственные физические образцы того, что продолжалось на Земле прежде 4 миллиарда лет назад”, говорит, что Элизабет Белл, geochemist в Калифорнийском университете, Лос-Анджелес (UCLA) и ведущий автор нового исследования, издали онлайн сегодня в Продолжениях Национальной академии наук.В исследовании Белл и ее коллеги исследовали цирконы от Холмов Джека в Западной Австралии, места, приведшего к большему количеству катархейских образцов, чем где-нибудь еще на Земле, ища включения углеродных полезных ископаемых как алмазы и графит.
Простое присутствие этих полезных ископаемых не доказывает, что биология существовала, когда цирконы сформировались, но это действительно обеспечивает возможность искать химические признаки жизни. Бригада в конечном счете нашла маленькие части потенциально безмятежного графита в одном кристалле на 4,1 миллиарда лет. Графит имеет низкое отношение тяжелых для освещения атомов углерода — названный изотопами — соответствующий изотопической подписи органического вещества. “На Земле сегодня при рассмотрении этого углерода Вы сказали бы, что это было биогенным”, говорит Белл. “Конечно, это более спорно для катархея”.Авторы перечисляют несколько небиологических процессов, которые могли объяснить их результаты, но они поддерживают идею, которую графит начал как органическое вещество в отложениях, которые тянули в мантию Земли во время столкновения тектонических плит.
Как отложения, расплавленные для формирования магмы, повышенные температуры и давления преобразовали углерод в графит, в конечном счете нашедший его путь в кристалл циркона.Если бы эта история верна, и жизнь существовала 4,1 миллиарда лет назад, Белл говорит, что новые результаты подтвердили бы растущие доказательства более гостеприимной ранней Земли, чем ученые однажды вообразили. “Традиционное представление Земли несколько первых, которыми сто миллионов лет были то, что это было бесплодной, безжизненной, горячей планетой, постоянно засыпавшейся метеоритами”, говорит она.
Но частично благодаря богатству информации, показанной цирконами Джека Хиллса в последние годы, ученые приехали для наблюдения ранней Земли как намного более умеренную и более поддающуюся жизни.“Мы знаем, что была жидкая вода”, говорят Марк ван Зуилен, geomicrobiologist в Парижском Институте Земной Физики. “Нет ничего, что сдерживает нас от предположения, что жизнь была там”.
Однако ван Зуилен и другие говорят, что они не уверены, что новое исследование представляет убедительные свидетельства, которыми это было.Часть этой осмотрительности имеет корни в новейшей истории.
В 2008 исследователи объявили, что включения алмазного графита в цирконы на 4,3 миллиарда лет имели потенциально биологические подписи, вдохновляя Белла и ее бригаду начинать просматривать собственный сбор UCLA кристаллов Джека Хиллса. Но последующий анализ показал, что включения 2008 года прибыли из загрязнения лаборатории, не ранней Земли.
В новом исследовании исследователи приняли меры для предотвращения подобных проблем.“Тот, отрицательный опыт никого не означает, должен попробовать еще раз”, говорит Джон Эйлер, геолог в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. “Но позвольте нам просто сказать, я осторожен”. Для одного он говорит, исследователи должны уладить некоторые важные дебаты, как то, сохраняют ли включения в катархейские цирконы действительно оригинальный материал, или если они были изменены, например, во время более позднего приступа метаморфизма.
Он также подвергает сомнению, может ли органическое вещество остаться в живых в магматических камерах достаточно долго для формирования графита, подвергающего сомнению предложенный механизм.Те проблемы в стороне, большинство ученых — включая авторов — соглашается, что данные еще не исключают небиологические объяснения. Много абиотических процессов могут произвести углерод с изотопическими подписями, подобными органическому веществу.
Например, графит мог содержать углерод от определенных видов метеоритов, имеющих легкие изотопические составы. Также некоторые призывают химические процессы, как так называемые реакции Фишера-Тропша, в которых углерод, кислород и водород реагируют с катализатором как железо для формирования метана и других углеводородов. Такие реакции, вероятно, произошли около гидротермальных жерл в катархее, ван Зуилен говорит и может передать изотопические подписи, которые неотличимы от биологических материалов.Один способ уладить вопрос, не полагающийся на изотопы, включает учащийся Марс, в отличие от Земли, все еще имеющий камни, более старые, чем 4 миллиарда лет на ее поверхности. “Если мы можем найти доказательства существования жизни на Марсе в то время, тогда будет легче обсудить случай, что это также присутствовало на Земле”, говорят Александр Немчин, geochemist в Университете Кертин в Бентли, Австралия и ведущий автор исследования 2008 года алмазных включений.
На данный момент ученые должны суметь обойтись цирконами, единственные материалы, сохраняющие любой учет — однако, загадочный — катархея. Белл признает потребность проверить гипотезу ее бригады на дополнительных образцах.
Она говорит, что исследователи должны сделать совместное усилие, чтобы найти больше катархейского углерода в цирконах Джека Хиллса и видеть, возникает ли он также. “Надо надеяться, мы только случайно натыкались на один странный циркон, имевший графит в нем”, говорит она. “Надо надеяться, существует фактически изрядное количество его”.