Voor drie jaar, Tara Djokic, een doctoraat student aan de Universiteit van New South Wales Sydney, doorzocht het onheilspellende landschap van de Pilbara-regio in West-Australië op zoek naar aanwijzingen over hoe oude microben de overvloedige stromatolieten konden produceren die daar in de jaren zeventig werden ontdekt.

Stromatolieten zijn rond, meerlagige minerale structuren die variëren van de grootte van golfballen tot weerballonnen en vertegenwoordigen het oudste bewijs dat er 3,5 miljard jaar geleden levende organismen op aarde waren.

Wetenschappers die geloofden dat het leven in de oceaan begon, dachten dat deze minerale formaties zich hadden gevormd in ondiepe, zout zeewater, net als levende stromatolieten in het gebied dat op de Werelderfgoedlijst van Shark Bay staat, dat is een tweedaagse rit van de Pilbara.

Maar wat Djokic ontdekte te midden van de verstikkende hitte en bloedrode rotsen van de regio, was het bewijs dat de stromatolieten zich niet in zout water hadden gevormd, maar in omstandigheden die meer op de warmwaterbronnen van Yellowstone leken.

De ontdekking duwde de tijd voor de opkomst van microbieel leven op het land met 580 miljoen jaar terug en versterkte ook een paradigmaverschuivende hypothese die was opgesteld door UC Santa Cruz-astrobiologen David Deamer en Bruce Damer:dat het leven begon, niet in de zee, maar op het land.

Djokic's ontdekking - samen met onderzoek uitgevoerd door het UC Santa Cruz-team, Djokic, en Martin Van Kranendonk, directeur van het Australian Centre for Astrobiology - wordt beschreven in een voorpagina van acht pagina's in het augustusnummer van Wetenschappelijke Amerikaan .

"Wat zij (Djokic) liet zien, was dat het oudste fossiele bewijs voor leven in zoet water was, " zei Deamer, een slungelige 78-jarige die de regio verkende met Djokic, Damer, en Van Kranendonk in 2015. "Het is een logisch vervolg op het leven dat begint in een zoetwateromgeving."

Het model voor leven dat begint op het land in plaats van in de zee, zou niet alleen ons idee over de oorsprong van het leven en waar het anders zou kunnen zijn, kunnen hervormen, maar zelfs de manier waarop we naar onszelf kijken veranderen.

De juiste voorwaarden voor het leven

Al vier decennia lang sinds het onderzoeksschip Alvin diepzee hydrothermale bronnen ontdekte die leefgebieden waren voor gespecialiseerde bacteriën en wormen die eruitzagen als iets uit een sciencefictionroman, wetenschappers hebben getheoretiseerd dat deze mineraal- en gaspompende ventilatieopeningen precies waren wat nodig was om het leven te laten beginnen.

Maar Deamer, die zichzelf omschrijft als een wetenschapper die graag speelt met nieuwe ideeën, dacht dat de theorie gebreken had. Bijvoorbeeld, moleculen die essentieel zijn voor het ontstaan ​​van leven te snel zouden worden verspreid in een uitgestrekte oceaan, hij dacht, en zout zeewater zou sommige van de processen remmen waarvan hij wist dat ze nodig waren om het leven te laten beginnen.

Deamer had het eerste deel van zijn carrière besteed aan het bestuderen van de biofysica van membranen die zijn samengesteld uit zeepachtige moleculen die de microscopische grenzen van alle levende cellen vormen. Later, een stuk van de Murchison-meteoriet gegeven die in 1969 in Australië was geland, Deamer ontdekte dat het ruimtegesteente ook zeepachtige moleculen bevatte van bijna 5 miljard jaar oud die stabiele membranen konden vormen. Nog later, hij toonde aan dat membranen hielpen bij het samenvoegen van kleine moleculen om langere informatiedragende moleculen te vormen, polymeren genaamd.

Trekking naar vulkanen van Rusland tot IJsland en wandelen door de Pilbara-woestijn, De observaties van Deamer en zijn collega's van vulkanische activiteit suggereerden het idee dat warmwaterbronnen de juiste omgeving voor het begin van het leven boden. Deamer bouwde zelfs een machine die de hitte simuleerde, zuurgraad, en nat-en-droog cycli van warmwaterbronnen en installeerde het in zijn laboratorium op de campus van UC Santa Cruz.

"I denk, zo nu en dan, je moet dapper genoeg en stoutmoedig genoeg zijn om nieuwe ideeën uit te proberen, "Zei Deamer. "Natuurlijk, sommige van mijn collega's denken zelfs 'dwaas genoeg'. Maar dat is de kans die je grijpt."

De tijdlijn heroverwegen

In de visie van Deamer, oude aarde bestond uit een enorme oceaan bezaaid met vulkanische landmassa's. Regen zou op het land vallen, het creëren van zoetwaterbassins die zouden worden verwarmd door geothermische energie en vervolgens zouden worden afgekoeld door afvoer. Enkele van de belangrijkste bouwstenen van het leven, ontstaan ​​tijdens de vorming van ons zonnestelsel, op aarde zou zijn gevallen en zich in deze poelen zou hebben verzameld, geconcentreerd genoeg om complexere organische verbindingen te vormen.

De randen van de poelen zouden perioden van bevochtiging en uitdroging doormaken naarmate het waterpeil steeg en daalde. Tijdens deze natte en droge periodes lipidemembranen zouden eerst helpen om de organische verbindingen die polymeren worden genoemd aan elkaar te hechten en vervolgens compartimenten vormen die verschillende sets van deze polymeren inkapselen. De membranen zouden fungeren als broedmachines voor de functies van het leven.

Deamer en zijn team geloven dat het eerste leven voortkwam uit de natuurlijke productie van grote aantallen van dergelijke door membraan omhulde 'protocellen'.

Hoewel er nog steeds discussie is over de vraag of het leven op het land of in de zee is begonnen, de ontdekking van oude microbiële fossielen in een plaats als de Pilbara laat zien dat deze geothermische gebieden - vol energie en rijk aan de mineralen die nodig zijn voor het leven - levende micro-organismen veel eerder dan gedacht herbergden.

De zoektocht naar leven op andere planeten

Volgens Deamer en zijn collega's, deze ontdekking en hun model van warmwaterbronnen hebben ook implicaties voor de zoektocht naar leven op andere planeten. Als het leven op het land begon, dan Mars, die een 3,65 miljard jaar oude warmwaterbron bleek te hebben, vergelijkbaar met die gevonden in de Pilbara-regio van Australië, misschien een goede plek om te kijken.

voor Damer, de nieuwe "end-to-end-hypothese" over hoe het leven op het land begon, biedt nog iets anders:dat de oorsprong van het leven niet alleen een eenvoudig verhaal van individuen was, concurrerende cellen. Een plausibele nieuwe visie op het begin van het leven zou eerder een gemeenschappelijke eenheid van protocellen kunnen zijn die overleefde en evolueerde door middel van samenwerking en het delen van innovatie in plaats van strikte concurrentie.

"Dat, " hij zei, "is een fundamentele verschuiving die van invloed kan zijn op hoe we over onze wereld denken, onszelf, en onze toekomst:even afhankelijk van samenwerking als gedreven door concurrentie."

Zittend in zijn kantoor op de vierde verdieping op de campus, Deamer glimlachte toen hij vertelde over de brief die Charles Darwin in 1871 aan een vriend schreef, die speculeerde dat het leven zou kunnen zijn begonnen in 'een warme kleine vijver'.

Dat is niet ver van het doel, Deamer zei, "behalve dat we de onze 'hete kleine plassen' noemen."