Zoeken naar tekenen van oud microbieel leven in het geologische archief is een uitdaging vanwege de afbraak van het primaire organische materiaal. Daarom, bewijs van biogene oorsprong berust vaak op chemische handtekeningen die micro-organismen achterlaten. Een nieuwe studie van mineralen in gesteentescheuren presenteert chemische handtekeningen die het definitieve bewijs zijn van wijdverbreide oude levensprocessen in de energiearme continentale korst. Belangrijker, de studie breidt de bekende chemische variatie van zwavel aanzienlijk uit, een van de belangrijkste elementen in het microbiële metabolisme. Dit geeft nieuwe aanwijzingen over wat voor soort chemische handtekeningen kunnen worden verwacht van het leven in extreme omgevingen, inclusief zoeken naar leven op andere planeten.

Een groot deel van de biologische activiteit op aarde is verborgen onder de grond tot op een diepte van enkele kilometers in een omgeving die de "diepe biosfeer" wordt genoemd. Studies van levensvormen in dit donkere anoxische systeem hebben implicaties voor hoe het leven is geëvolueerd onder omstandigheden die we als extreem beschouwen. Het geeft ook een idee van hoe het leven kan zijn geëvolueerd op andere planeten waar vijandige omstandigheden de kolonisatie van de oppervlakteomgeving belemmeren. De kennis over het oeroude leven in deze omgeving diep onder onze voeten is nog uiterst schaars.

Zoeken naar tekenen van oud leven op aarde in het geologische archief is vaak een uitdaging omdat het primaire organische materiaal gedeeltelijk of volledig is afgebroken. In deze situaties, het bewijs van biogene oorsprong is gebaseerd op geochemische handtekeningen die micro-organismen achterlaten, of aan morfologische vormen van gemineraliseerde microbiële overblijfselen. Op zoek naar leven op andere planeten, zoals op Mars, dezelfde uitdagingen kunnen worden verwacht en het is daarom belangrijk om te weten wat voor soort chemische handtekeningen u kunt verwachten van het leven in extreme omgevingen.

In talrijke scheuren tot op 1700 meter diepte die gedeeltelijk zijn afgedicht door kristallen die erin zijn gegroeid, een team van onderzoekers onder leiding van Dr. Henrik Drake van de Linnaeus University, Zweden, heeft oude microbiële processen getraceerd, dominant gericht op microben die sulfaat omzetten in sulfide in hun metabolisme. De multidisciplinaire benadering omvatte microschaalmeting en beeldvorming van zwavel in combinatie met geochronologie in mineralen gevormd als reactie op microbiële activiteit op verschillende Zweedse granieten rotslocaties. Dit is de meest uitgebreide studie van dit proces in de continentale korst tot nu toe en de bevindingen suggereren dat het proces wijdverbreid is geweest in tijd en ruimte in het gesteente.

Henrik Drake legt uit hoe ze het chemische archief van mineralen hebben aangeboord om oude microbiële processen te ontcijferen:

"Het is algemeen bekend uit andere omgevingen dat wanneer micro-organismen sulfaat gebruiken in hun metabolisme, ze mineralen produceren met een karakteristieke zwavelsamenstelling. In feite, relatieve overvloed van verschillende zwavelatomen (isotopen) is een van de meest gebruikte geochemische instrumenten om microbiële processen in het geologische record te traceren. Onze micro-analyses in kristallen van het sulfidemineraal pyriet toonden de meest extreme zwavelisotoopsamenstelling die ooit op aarde is geregistreerd."

"Deze handtekeningen zijn duidelijke bewijzen van oude levensprocessen in de continentale korst, maar wat nog belangrijker is, ze vergroten de bekende isotoopvariatie van sulfidemineralen die worden geproduceerd na microbiële metabolismes aanzienlijk. Meer gedetailleerd, de spanwijdte van de verhouding van zwavelisotopen ³⁴ S naar ³² S was zo groot als -54 tot +132 promille (genormaliseerd naar de CDT-standaard). Aanpassing aan energiearme omstandigheden, langzaam metabolisme en volledige uitputting van het beschikbare opgeloste sulfaat terwijl het door het breuksysteem bewoog, zijn verklaringen voor de uitzonderlijke waarden."

Christine Heim van de Universiteit van Göttingen, Duitsland, een co-auteur van de studie, zegt:

"Naast de isotoopsignaturen hebben we biomarkers gevonden van oude organische overblijfselen van oppervlakkige oorsprong (bijv. landplanten) die op grote diepte in de minerale coatings zijn bewaard. Een verband met de oppervlaktebiosfeer is daardoor duidelijk en kan verklaren waarom de sporen van microbiële activiteit abrupt verdwijnen op ongeveer 1000 m diepte."

Directe timingbeperkingen gefaciliteerd door nieuw ontwikkelde dateringstechnieken die werden onthuld toen de biologische activiteiten begonnen - 360-400 miljoen jaar geleden. Het diepe leven in de energiearme continentale korst heeft kennelijk eonen lang gebloeid, wat relevante informatie is bij het zoeken naar leven in vergelijkbare ondergrondse instellingen van andere planeten. Henrik Drake vat het samen:

"Onze benadering met meerdere methoden heeft ons ervan bewust gemaakt dat biologische kenmerken in extreme omgevingen anders kunnen zijn dan we eerder hadden verwacht, en zou dus zeer geschikt zijn voor onderzoek naar buitenaardse omgevingen."

Co-auteur Martin Whitehouse van The Swedish Museum of Natural History voegt toe:

"Het vermogen om zwavelisotopen snel te meten met een hoge ruimtelijke resolutie door een ionenmicrosonde, maakt een betere beoordeling mogelijk van zowel het bereik als de verdeling binnen enkele pyrietkristallen. Het is intrigerend dat onze eerdere studies van hetzelfde breuksysteem de meest variabele koolstofisotoopsamenstellingen vonden in carbonaatmineralen die nog op aarde zijn geregistreerd. We kunnen daarom concluderen dat onze verkenning van het oude leven in scheuren van terrestrische magmatische gesteenten de manier zal veranderen waarop we kijken naar geochemische proxy's voor microbiële activiteit in extreme omgevingen."

De resultaten worden gepresenteerd in het artikel "Ongekend" ³⁴ S-verrijking van pyriet gevormd na microbiële sulfaatreductie in gebroken kristallijne gesteenten" in het tijdschrift Geobiologie (online gepubliceerd op 26 juni, 2018).