Почти 4 миллиарда лет назад на молодой Земле каким-то образом появились первые формы жизни. От них почти ничего не осталось: время, давление, нагрев и геологические процессы изменили древнейшие породы практически до неузнаваемости.
Тем не менее в некоторых очень старых каменных образованиях ученые находят тонкие слои, которые могут быть остатками микробных матов — колоний одноклеточных организмов, живших в своеобразных биологических пленках.
Некоторые предполагаемые следы жизни датируют возрастом до 3,7–3,8 миллиарда лет. Но обычно их возраст определяют косвенно — по окружающим породам.
Теперь геолог Трисрота Чаудхури из Геологической службы Индии и ее коллеги смогли сделать нечто гораздо более редкое: напрямую связать предполагаемые остатки древней микробной жизни с материалом, возраст которого можно точно определить. Результат — около 3,5 миллиарда лет.
Находка была сделана в кратоне Сингхбхум — одном из древнейших сохранившихся участков континентальной коры Земли. В древнем полосчатом кремнистом камне исследователи обнаружили тонкий слой углеродистого вещества.
Изначально Чаудхури вовсе не искала следы жизни. Ее интересовало происхождение углерода и то, каким образом он сохранился в породе.
Проблема заключалась в том, что древний углерод сам по себе еще ничего не доказывает. Он мог появиться в результате небиологических процессов, например вулканической активности. Чтобы связать его с живыми организмами, потребовалось сразу несколько независимых доказательств.
Сначала исследователи проверили, находился ли углерод в породе изначально или проник туда значительно позже.
С помощью лазерного анализа его структуры ученые установили, что максимальная температура, которой подвергался этот материал, составляла примерно от 324 до 369 градусов Цельсия. Несмотря на кажущуюся экстремальность, при таких температурах признаки биологического происхождения еще способны сохраняться.
Углерод в более поздних кварцевых прожилках нагревался значительно сильнее. Это стало аргументом в пользу того, что тонкие углеродные слои существовали уже во время образования самой древней породы, а не были занесены туда позднее горячими растворами.
Затем ученые изучили изотопный состав углерода.
Живые микроорганизмы в процессе обмена веществ преимущественно используют более легкий углерод-12. В результате образующееся органическое вещество содержит относительно мало более тяжелого углерода-13.
Именно такую картину обнаружили в древней породе: исследованный материал оказался сильно обеднен углеродом-13, а его изотопный состав соответствовал тому, который ожидается от древнего биологического углерода.
Наконец, само расположение вещества оказалось характерным. Углерод лежал многочисленными чрезвычайно тонкими повторяющимися слоями, чередовавшимися с материалом, богатым кремнеземом. Такая структура согласуется с тем, как могли сохраниться остатки микробного мата.
По отдельности ни один из этих признаков не был бы достаточным доказательством. Но вместе они образовали гораздо более убедительную картину биологического происхождения углерода.
Самая необычная часть исследования началась после того, как внутри этих же углеродных слоев обнаружили крошечные кристаллы циркона.
Циркон чрезвычайно удобен для определения возраста пород. Во время образования кристалл включает в себя уран, но почти не принимает свинец. Затем уран с известной скоростью радиоактивно распадается с образованием свинца. Сравнивая количество этих элементов, ученые могут очень точно определить момент формирования кристалла.
Исследователи изучили восемь кристаллов циркона. Четыре за миллиарды лет подверглись изменениям, но возраст остальных четырех практически совпал и составил около 3,5 миллиарда лет.
Однако оставалась еще одна проблема. Древние кристаллы могли образоваться намного раньше, затем разрушиться вместе с другой породой и лишь после этого попасть в слой с углеродом. В таком случае они не позволяли бы определить возраст предполагаемых следов жизни.
Но форма кристаллов говорила об обратном.
Цирконы, долго переносимые после разрушения старых пород, обычно становятся округлыми из-за эрозии. Найденные же кристаллы были крошечными, вытянутыми и иглообразными.
Исследователи считают, что они образовались непосредственно в результате вулканической активности и попали в кремнистую породу в момент ее формирования.
Это позволило определить возраст слоя примерно в 3,497 миллиарда лет с погрешностью около 5 миллионов лет.
Находка не является самым древним предполагаемым свидетельством жизни на Земле — известны образцы, которые могут быть на сотни миллионов лет старше. Главное здесь другое: ученым удалось необычайно надежно связать признаки биологического происхождения с их возрастом.
Фактически своеобразные радиоактивные «часы» находились непосредственно в том же отложении, где сохранились следы предполагаемого микробного сообщества.
Исследование также показывает, насколько непривычной была среда, в которой уже существовала жизнь 3,5 миллиарда лет назад. Кислорода было крайне мало, а вулканические и гидротермальные процессы играли огромную роль. Эти микроорганизмы жили рядом с активным вулканизмом в океане, богатом железом и кремнеземом.
По словам исследователей, древняя жизнь не просто пыталась выжить на спокойной молодой Земле. Уже тогда микробные экосистемы существовали и приспосабливались к динамичной и химически экстремальной среде.
Работа опубликована в журнале «Труды Национальной академии наук США».
