O urmă de viață de 3,5 miliarde de ani a fost datată direct, pentru prima dată. Aproape toate urmele lăsate de primele organisme de pe Pământ au fost șterse de timp și de geologie. Ce a rămas se ascunde în câteva formațiuni de rocă foarte vechi, sub forma unor straturi subțiri de carbon pe care specialiștii le interpretează ca resturi fosilizate de covoare microbiene, biofilmele lipicioase în care celulele își adăpostesc coloniile. Problema este că, până acum, vârsta acestor urme a fost dedusă indirect, din roca din jur. O echipă condusă de geologul Trisrota Chaudhuri, de la Serviciul Geologic al Indiei, a reușit să dateze direct materialul dintr-o astfel de urmă: o viață de 3,5 miliarde de ani, măsurată cu un ceas radiometric aflat în același depozit.
Rezultatele au fost publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences. Studiul complet este disponibil în arhiva PNAS.
„Este extrem de rar, în istoria timpurie a Pământului, să găsești în aceeași rocă atât material biologic bine conservat, cât și zirconi care pot fi datați”, a declarat Chaudhuri. „Când asta e posibil, vârsta rocii și dovada vieții pot fi legate direct, ceea ce oferă argumente mult mai solide, bazate pe vârstă și pe izotopi, pentru viața antică.”
O rocă vărgată dintr-unul dintre cele mai vechi blocuri de crustă
Cu cât privim mai adânc în trecut, cu atât registrul fosil devine mai sărac. Este deja greu să găsești os fosilizat de acum câteva milioane de ani, iar înregistrarea nevertebratelor este și mai fragmentară. În condiții potrivite, însă, resturile microbilor morți pot fi îngropate rapid în silice și conservate ca straturi fine de carbon, care supraviețuiesc chiar și atunci când roca din jur este transformată de căldură și presiune.
Exact așa arăta stratul carbonos pe care echipa l-a găsit prins într-un chert vărgat foarte vechi din cratonul Singhbhum, unul dintre cele mai vechi blocuri de crustă continentală păstrate pe planetă, la Bhitardari, în estul Indiei. „La început nu mă așteptam să găsesc dovezi ale unei vieți antice”, a spus cercetătoarea. „Mă interesa să aflu sursa și calea geochimică prin care carbonul s-a păstrat în aceste roci.”
Motivul prudenței este simplu: un carbon atât de vechi poate avea mai multe origini. Poate proveni din procese lipsite de orice legătură cu viața, de pildă din vulcanism, sau poate fi rămășița a ceva ce a fost viu.
Trei teste pentru a demonstra că acel carbon a fost viu
Pentru a susține ipoteza biologică, autorii au trebuit să demonstreze trei lucruri: că carbonul este propriu rocii, nu adus de un eveniment geologic ulterior; că putea avea origine biologică; și că structura lui este compatibilă cu un covor microbian.
Primul pas a fost spectroscopia Raman, o metodă care folosește un laser pentru a sonda structura carbonului și, din ea, istoria formării și a transformărilor suferite. Analiza a arătat că temperatura maximă la care a fost expus vreodată carbonul se situează între 324 și 369 de grade Celsius, adică 615-696 de grade Fahrenheit. Sună mult, dar este în intervalul în care semnăturile biologice se pot păstra. În schimb, carbonul prins în venele de cuarț formate ulterior fusese încălzit la temperaturi considerabil mai mari. Diferența e importantă: valorile relativ scăzute din straturile fine de carbon indică faptul că acestea făceau parte din roca originală și nu au fost injectate mai târziu de un fluid fierbinte.
Al doilea test a vizat izotopii carbonului. „Microorganismele folosesc preferențial izotopul mai ușor, carbon-12, în timpul metabolismului, un proces biologic prin care captează carbon și generează energie ca produs secundar, iar materia lor organică rămâne sărăcită în carbon-13”, a explicat Chaudhuri. Materialul analizat era puternic sărăcit în carbon-13, cu o semnătură izotopică tipică pentru carbonul biologic antic.
Al treilea argument ține de geometrie: carbonul apărea în straturi extrem de fine, repetate, alternând cu material bogat în silice, o structură laminată compatibilă cu resturile unui covor microbian. Niciunul dintre cele trei indicii nu ar fi fost suficient de unul singur. „A fost nevoie să folosim mai multe linii independente de dovezi ca să stabilim că originea carbonului era biologică”, a precizat cercetătoarea pentru ScienceAlert.
Ceasul din zircon: 3,497 miliarde de ani, cu o eroare de circa 5 milioane
Partea cea mai elegantă a studiului este datarea. Printre straturile laminate de carbon, echipa a găsit cristale minuscule de zircon, un mineral care permite o precizie remarcabilă. Explicația stă în chimia lui: atunci când se formează, zirconul preia uraniu, dar respinge puternic plumbul. Uraniul se dezintegrează radioactiv în plumb cu viteze cunoscute foarte exact, așa că aproape tot plumbul acumulat în interiorul cristalului provine din dezintegrare. Măsurând raportul dintre uraniu și plumb pentru doi izotopi ai uraniului, se poate estima cu mare precizie momentul în care s-a format cristalul.
Din roca cu carbon au fost analizate opt cristale de zircon. Patru fuseseră perturbate pe parcursul istoriei geologice, dar celelalte patru au dat vârste care se grupează strâns în jurul valorii de 3,5 miliarde de ani.
Mai rămânea o obiecție serioasă. Cristalele ar fi putut fi mai vechi decât sedimentul, erodate din altă rocă și abia apoi încorporate. Aici a contat forma lor. „Eroziunea zirconilor detritici ar produce mai multe vârste, mai vechi și preexistente”, a explicat Chaudhuri. „Zirconii detritici sunt rotunjiți, din cauza abraziunii.” Cristalele de la Bhitardari erau, în schimb, mici, alungite, aciculare. „Le interpretăm ca zircon cristalizat din vulcanism și captat în chert în timp ce roca se forma”, a spus autoarea. Concluzia: vârsta cristalelor datează depozitul însuși, la 3,497 miliarde de ani, cu o incertitudine de aproximativ 5 milioane de ani.
De ce contează o viață de 3,5 miliarde de ani datată direct
Materialul de la Bhitardari nu este cea mai veche dovadă de viață raportată vreodată. Unele urme dintr-o serie de formațiuni au fost datate la 3,7 sau 3,8 miliarde de ani pe baza vârstei stratului de rocă din jur, iar alte studii au avansat ipoteza unei vieți apărute chiar acum 4,2 miliarde de ani. Noutatea nu este recordul, ci soliditatea legăturii dintre dovada biologică și vârstă. În loc să deducă vechimea din geologia înconjurătoare, autorii au avut un ceas radiometric încorporat, la propriu, în același depozit.
„Este important pentru că ne ajută să stabilim când era deja prezentă viața pe Pământul timpuriu, oferindu-ne o imagine mai clară despre cât de repede a apărut viața și despre felul în care mediile cele mai vechi ale planetei au putut să o susțină”, a declarat Chaudhuri.
Pentru cine urmărește domeniul, această diferență metodologică e cea care contează. Un rezultat vechi de miliarde de ani devine util științific doar dacă vârsta și proba biologică nu pot fi despărțite, iar dezbaterile aprinse din jurul unor situri precum Isua, în Groenlanda, sau Nuvvuagittuq, în Canada, au apărut tocmai pentru că această legătură lipsea. Aceeași logică se aplică și la scări de timp mult mai mici, așa cum s-a văzut recent în discuția despre colagenul găsit într-un os de dinozaur de 66 de milioane de ani sau despre fosila unei reptile marine de 245 de milioane de ani cu organele interne intacte.
Cum arăta Pământul pe care trăiau acei microbi
Planeta de acum 3,5 miliarde de ani nu semăna aproape deloc cu lumea temperată de azi. Nivelul oxigenului era extrem de scăzut, iar procesele vulcanice și hidrotermale dominau peisajul. „Ce ni se pare cel mai remarcabil este că studiul nostru confirmă din nou că viața primitivă a prosperat într-o lume chimic extremă, acum 3,5 miliarde de ani. Aceste microorganisme au trăit alături de vulcanism activ, într-un ocean bogat în fier și silice”, a spus Chaudhuri.
„Chertul carbonos de la Bhitardari confirmă încă o dată că viața nu doar supraviețuia pe un Pământ timpuriu liniștit; ecosistemele microbiene ocupau deja medii vulcanice dinamice și se adaptau la ele, remarcabil de devreme în istoria planetei”, a adăugat autoarea. Ideea că metabolismele bazate pe fier și pe sulf au apărut foarte repede după formarea oceanelor este, de altfel, unul dintre firele cele mai active din biologia evolutivă; iar faptul că microbii rămân, până azi, cele mai versatile mașini chimice de pe planetă se vede și în experimente moderne, precum plăcile de circuite vii tipărite de cercetătorii de la MIT.
Ce urmează, de la Pilbara la Marte
Metoda are un potențial care depășește un singur sit. Chertul vulcanogen se formează în condiții similare în mai multe cratoane vechi, de la Pilbara, în Australia, până la formațiuni din Africa de Sud, iar căutarea unor lentile de carbon laminat care conțin și zirconi vulcanici tineri devine acum o strategie explicită de teren. Fiecare astfel de asociere ar putea aduce o nouă bornă fermă pe cronologia vieții timpurii, în locul intervalelor largi cu care se lucrează în prezent.
Există și o miză astrobiologică. Roverul Perseverance al NASA colectează, în craterul Jezero, roci sedimentare și de origine vulcanică, exact tipul de asociere care ar permite, în principiu, datarea directă a unei eventuale semnături biologice marțiene, dacă probele vor ajunge într-un laborator terestru. Un protocol demonstrat pe o rocă de 3,5 miliarde de ani din India spune, indirect, ce ar trebui să caute misiunile viitoare. Iar pentru cine vrea contextul mai larg despre cum se citește trecutul din materialul genetic, merită discuția despre fragmentele de ADN încă necunoscut din corpul nostru.
