Десь у далекому минулому Землі, майже 4 мільярди років тому, найдавніші форми життя на нашій планеті виникли з первісної хімії.

Не так багато залишилося від найперших організмів, які населяли Землю. Час і геологічні процеси змінили все, що залишилося, майже до невпізнаваності.

Але в кількох рідкісних стародавніх кам'яних формаціях по всьому світу можна знайти шари, які, як вважають вчені, є фосилізованими залишками мікробних матів – слизових біоплівок, в яких одноклітинні організми утворюють свої колонії.

Деякі з цих слідів життя датуються 3,7 або 3,8 мільярдами років тому, виходячи з віку навколишнього кам'яного шару.

Тепер команда вчених на чолі з геологом Трисротою Чаудхурі з Геологічної служби Індії змогла безпосередньо датувати матеріал, вмонтований у те, що, за свідченнями, є залишками стародавньої мікробної спільноти, яка жила і померла 3,5 мільярда років тому.

"Знайти як добре збережений біологічний матеріал, так і датовані циркони в одному і тому ж камені є надзвичайно рідкісним у ранній історії Землі," – сказала Чаудхурі.

"Коли це можливо, вік каменю та свідчення життя можуть бути безпосередньо пов'язані, що надає більш надійні дані про вік і ізотопи для стародавнього життя."

Час, погода та геологія нещадні до колишніх живих матеріалів – і чим далі в часі ви дивитеся, тим менше стає викопних свідчень. Знайти фосилізовану кістку лише кілька мільйонів років тому – це рідкість; ще рідше – викопні свідчення безхребетних.

Однак за певних умов сліди мертвих мікробів можуть швидко бути поховані в силіці, зберігаючи їх у вигляді тонких шарів вуглецю, які можуть пережити навіть трансформацію навколишнього каменю під впливом тепла і тиску.

Коли Чаудхурі та її колеги знайшли вуглецевий шар, втиснутий у стародавній смугастий херт у рамках Сінгбхумського кратона, одного з найстаріших збережених блоків континентальної кори Землі, їхні інстинкти спрацювали.

"Спочатку я не очікувала знайти докази стародавнього життя," – сказала вона. "Мене цікавило, з якого джерела і яким геохімічним шляхом цей вуглець зберігся в цих каменях."

Вуглець такого віку може мати кілька можливих джерел. Він міг бути вироблений не біологічними процесами, такими як вулканізм, або ж це можуть бути залишки чогось, що колись було живим.

Щоб показати, що вуглецевий шар може бути залишками стародавніх мікробів, дослідники повинні були встановити три речі: по-перше, що вуглець був місцевим для каменю, а не введеним під час пізнішої геологічної події; що він міг мати біологічне походження; і що його структура відповідала мікробній маті.

По-перше, вони використали техніку, звану раманівською спектроскопією – фактично, використовуючи лазер, щоб освітити вуглець і дослідити його структуру, що, в свою чергу, розкриває його історію формування та зміни.

Це допомогло їм визначити, що максимальна температура, яку вуглець коли-небудь переживав у своєму "житті", становила від 324 до 369 градусів Цельсія.

Це звучить гаряче, але це в межах діапазону, в якому біологічні сигнатури можуть залишатися збереженими. Тим часом вуглець, захоплений у пізніших жилах кварцу, був нагрітий до значно вищих температур. Відносно нижчі температури тонко шаруватого вуглецю свідчать про те, що він був частиною оригінального каменю, а не введеним під час пізнішої гарячої рідинної події.

Потім дослідники вивчили ізотопи вуглецю.

"Мікроорганізми переважно використовують легший ізотоп 12C під час метаболізму, залишаючи свою органічну речовину зменшеною в 13C," – пояснила Чаудхурі.

І справді, матеріал, який дослідники відібрали, був сильно зменшений у вуглеці-13, з ізотопним підписом, характерним для стародавнього біологічного вуглецю, що вказує на те, що щось, ймовірно, було живим.

Нарешті, вуглець зустрічався в надзвичайно тонких, повторюваних шарах, чергуючись з матеріалом, багатим на силіку, формуючи ламіновану структуру, що відповідає залишкам мікробної маті.

Кожен з цих факторів окремо не був би достатнім, щоб ідентифікувати матеріал як біологічного походження; але, взяті разом, вони представляють переконливий аргумент.

"Ми повинні були використовувати кілька незалежних доказів, щоб встановити, що вуглець був біологічного походження," – сказала Чаудхурі.

Це, нарешті, приводить нас до датування, і ця частина є надзвичайно цікавою.

Вмонтовані та перемішані з ламінованими шарами вуглецю, дослідники знайшли крихітні кристали циркону – мінерал, який дозволяє надзвичайно точно датувати.

Це тому, що, коли циркон формується, він поглинає уран, але сильно відкидає свинець. Уран радіоактивно розпадається на свинець з дуже точними, відомими швидкостями. Тому більшість свинцю, що накопичується всередині кристала, походить від розпаду урану.

Два ізотопи урану та їх подальший розпад на свинець використовуються для датування циркону. Вчені можуть дивитися на співвідношення урану до свинцю в зразку циркону і робити дуже точну оцінку, коли цей цирконовий кристал утворився.

Дослідники проаналізували вісім цирконових кристалів у вуглецевому камені. Чотири з них були порушені за їх величезну геологічну історію, але решта чотири дали відповідні віки, зосереджені навколо 3,5 мільярда років.

Але просто знайти стародавні циркони в вуглецевому шарі було недостатньо. Самі кристали могли бути старшими за осад, еродованими з іншої скелі, перш ніж стати вмонтованими в неї.

Натомість кілька особливостей цирконів вказували на те, що вони були свіжим вулканічним матеріалом, deposited as the carbon-bearing chert was forming. Це означає, що їх вік може точно вказати на вік самого осаду: 3,497 мільярда років, плюс-мінус близько 5 мільйонів.

"Ерозія детритних цирконів повинна виробляти кілька, попередньо існуючих старших віків," – пояснила Чаудхурі. "Детритні циркони, через ерозійне абразивне вплив, мають округлу форму."

Циркони з Бхітардарі, навпаки, були крихітними, витягнутими, голкоподібними кристалами.

"Ми інтерпретуємо їх як циркон, що кристалізувався з вулканізму і потрапив у херт, коли камінь формувався," – сказала вона.

Це не робить матеріал з Бхітардарі найстарішими доказами життя, які коли-небудь були знайдені. Вчені повідомляли про можливі сліди, які на сотні мільйонів років старші.

Це відкриття є надзвичайно захоплюючим через силу зв'язку між біологічними доказами та їх віком. Замість того, щоб виводити вік з навколишньої геології, дослідники мали радіометричний годинник буквально вмонтований у той же осад.

"Це важливо, оскільки це допомагає нам визначити, коли життя вже було присутнє на ранній Землі, даючи нам чіткіше уявлення про те, як швидко з'явилося життя і як найдавніші середовища Землі могли його підтримувати," – сказала Чаудхурі.

Цікавий факт

Згідно з деякими дослідженнями, життя на Землі могло з'явитися ще 4,2 мільярда років тому, що робить його одним з найдавніших відомих організмів у Всесвіті.