В породах возрастом 3,5 миллиарда лет нашли самые древние органические следы жизни

Когда исследователи изучают следы ранней биосферы Земли, они сталкиваются со сложностями датировки. Древние породы за миллиарды лет сминаются, нагреваются, плавятся и кристаллизуются заново. Органическое вещество при этом превращается в кероген — полимерную  массу из остатков белков и углеводов. Обычно возраст древних окаменелостей или углерода определяют косвенно, через соседние слои пород сверху или снизу. Кроме того, требуется еще доказать, что найденная органика имеет именно биологическое происхождение, а не образована в ходе геотермальных реакций.

Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, изучили образцы породы из индийского кратона Сингхбхум. Ученые проанализировали черно-белый полосатый черт Бхитардари — твердую осадочную кремнистую породу, которая сформировалась на дне древнего моря. «Черно-белым полосатым» его называют из-за структуры, в которой чередуются светлые слои кварца и темные слои богатого углеродом керогена. Черт сохранил следы древнего микробного мата — многослойной колонии бактерий.

Внутри черта геологи нашли микроскопические кристаллы циркона размером 40–60 микрометров. По соотношению тория и урана они подтвердили магматическое происхождение минералов. Ученые пришли к выводу, что циркон взялся из вулканического пепла, который падал на колонию микроорганизмов, и это дало возможность точно датировать сам кероген. Ученые измерили концентрацию изотопов урана и свинца в кристаллах, чтобы узнать точное время их кристаллизации, и получили 3497 ± 5 миллионов лет.

Но как органика дожила до наших дней? На это дала ответ рамановская спектроскопия, которая показывает максимальную температуру, до которой нагревался образец. Выяснилось, что в породе соседствуют два типа углерода. В микротрещинах, где проходили гидротермальные флюиды, порода нагрелась до 639 °С и стала графитом. Но основная масса керогена не нагревалась выше 369 °C и поэтому сохранила первоначальную структуру.

Наконец, чтобы выяснить происхождение углерода, масс-спектрометром измерили соотношение легкого и тяжелого изотопов углерода. Изотопный анализ керогена показал значение равное −30,9‰. Такой сдвиг в сторону легкого углерода совпадает с маркерами биологических путей, которые бактерии используют, чтобы связывать углекислый газ.

Исследователи пытались измерить в породе изотопы азота, чтобы получить больше данных о метаболизме организмов. Однако концентрация азота оказалась слишком низкой, поэтому авторы исключили эти результаты из выводов, чтобы сохранить научную достоверность. Так или иначе, изотопный и структурный анализ керогена показал, что уже 3,5 миллиарда лет назад вблизи действующих вулканов обитали микробы.