Геологи нашли древнейшие следы жизни: им 3,5 миллиарда лет

Когда ученые пытаются восстановить ранние этапы развития биосферы Земли, они сталкиваются с серьезной проблемой: за миллиарды лет горные породы многократно деформируются, нагреваются и перекристаллизовываются. Органическое вещество при этом превращается в кероген — сложную полимерную массу из остатков древних белков и углеводов. Определить возраст таких образований напрямую практически невозможно, поэтому обычно исследователи используют косвенные методы, сопоставляя слои пород с соседними геологическими формациями.

Международная группа геологов, работающая с образцами из восточной Индии, смогла обойти это ограничение. Они исследовали черно-белый полосатый черт Бхитардари — твердую осадочную породу, сформировавшуюся на дне древнего моря. Название связано с характерным чередованием светлых кварцевых слоев и темных слоев, обогащенных углеродом. Именно в темных слоях сохранились следы микробного мата — многослойной колонии бактерий.

Вулканический пепел как ключ к датировке

При микроскопическом исследовании черта ученые обнаружили кристаллы циркона размером 40–60 микрометров. Анализ соотношения тория и урана подтвердил их магматическое происхождение. Исследователи пришли к выводу, что цирконы попали в породу вместе с вулканическим пеплом, который оседал на колонию микроорганизмов 3,5 миллиарда лет назад.

Возраст кристаллов определили методом уран-свинцового датирования: концентрации изотопов урана и свинца показали, что время их кристаллизации — 3497 ± 5 миллионов лет. Это дает прямую привязку возраста керогена, поскольку вулканический пепел захоронил микробный мат практически мгновенно по геологическим меркам.

Как органика сохранилась до наших дней

Чтобы понять, каким образом органические структуры избежали полного разрушения, исследователи применили рамановскую спектроскопию. Этот метод позволяет оценить максимальную температуру, до которой нагревалась порода в процессе геологической истории. Оказалось, что в образце сосуществуют два типа углерода. В микротрещинах, через которые циркулировали гидротермальные флюиды, порода нагревалась до 639 °C, что привело к образованию графита. Однако основная масса керогена никогда не подвергалась воздействию температур выше 369 °C, поэтому она сохранила свою первоначальную структуру.

Для определения происхождения углерода был проведен изотопный анализ. Масс-спектрометрия показала соотношение легкого и тяжелого изотопов углерода в керогене: значение δ13C составило −30,9‰. Такой значительный сдвиг в сторону легкого углерода характерен для биологических процессов, в частности для метаболических путей, которые бактерии используют для фиксации углекислого газа.

Ученые также попытались измерить изотопы азота в породе, чтобы получить дополнительную информацию о метаболизме древних организмов. Однако концентрация азота оказалась слишком низкой для надежных измерений, поэтому эти результаты были исключены из выводов, чтобы сохранить научную достоверность.

Таким образом, совокупность данных — структурный анализ, температурная история и изотопные маркеры — позволяет утверждать, что уже 3,5 миллиарда лет назад вблизи действующих вулканов на Земле существовали процветающие микробные сообщества. Это открытие не только отодвигает вглубь истории появление жизни на нашей планете, но и дает ключ к поиску следов жизни на других небесных телах, где могли сохраниться аналогичные условия.