De ontdekking levert een nieuwe karakteristieke 'biosignatuur' op om de overblijfselen van oud leven te volgen die bewaard zijn gebleven in gesteenten die in de loop van miljarden jaren aanzienlijk zijn veranderd en kunnen helpen om het leven elders in het zonnestelsel te identificeren.

Het onderzoek, gepubliceerd in twee kranten - een in de Tijdschrift van de Geologische Vereniging en nog een in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven — lost het al lang bestaande probleem op van hoe wetenschappers gegevens over het leven op aarde kunnen bijhouden in sterk gemetamorfoseerde gesteenten van meer dan 3, 700 miljoen jaar oud, waarbij organisch materiaal vaak verandert in het op koolstof gebaseerde mineraal grafiet.

In de eerste studie, gepubliceerd in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven , het team analyseerde tien rotsmonsters van gestreepte ijzerformaties (BIF) uit Canada, Indië, China, Finland, VS en Groenland verspreid over meer dan 2, 000 miljoen jaar geschiedenis.

Ze beweren dat koolstof bewaard in grafietachtige kristallen -'grafietkool'- zich naast mineralen zoals apatiet, waarvan onze tanden en botten zijn gemaakt, en carbonaat, zijn de biosignaturen van de oudste levensvormen op aarde.

"Het leven op aarde is allemaal koolstofgebaseerd en na verloop van tijd, het ontleedt in verschillende stoffen, zoals carbonaat, apatiet en olie. Deze komen vast te zitten in lagen sedimentair gesteente en uiteindelijk wordt de olie grafiet tijdens de daaropvolgende metamorfose in de korst, " verklaarde Dr. Dominic Papineau (UCL Aardwetenschappen, Centre for Planetary Sciences en het London Centre for Nanotechnology).

"Onze ontdekking is belangrijk omdat er fel over wordt gedebatteerd of de associatie van grafiet met apatiet een indicatie is van een biologische oorsprong van de koolstof die in oude rotsen wordt gevonden. We hebben nu meerdere bewijzen dat deze minerale associaties biologisch zijn in gestreepte ijzerformaties. heeft enorme implicaties voor hoe we de oorsprong van koolstof bepalen in monsters van buitenaardse rotsen die van elders in het zonnestelsel zijn teruggekeerd."

Het team onderzocht de samenstelling van BIF-gesteenten aangezien ze bijna altijd van Precambrische leeftijd zijn (4, 600 miljoen jaar oud tot 541 miljoen jaar oud) en registreer informatie over de oudste omgevingen op aarde.

Voor deze, ze analyseerden de samenstelling van gesteenten variërend van 1, 800 miljoen jaar oud tot meer dan 3, 800 miljoen jaar oud met behulp van een reeks methoden met fotonen, elektronen, en ionen om de samenstelling van grafiet en andere mineralen van potentiële biogene oorsprong te karakteriseren.

"Eerder, er werd aangenomen dat het samen vinden van apatiet en grafiet in oude rotsen een zeldzame gebeurtenis was, maar deze studie toont aan dat het gebruikelijk is in BIF in een reeks van metamorfe gesteenten, " zei teamlid Dr. Matthew Dodd (UCL Earth Sciences en het London Centre for Nanotechnology).

Men denkt dat de apatiet- en grafietmineralen twee mogelijke oorsprongen hebben:gemineraliseerde producten van vergaan biologisch organisch materiaal, waaronder de afbraak van moleculen in olie bij hoge temperaturen, of vorming door niet-biologische reacties die relevant zijn voor de chemie van hoe leven is ontstaan ​​uit niet-levende materie.

Door bewijs te tonen voor het wijdverbreide voorkomen van grafietkoolstof in apatiet en carbonaat in BIF, samen met de koolstof-isotoopsamenstelling, de onderzoekers concluderen dat de mineralen het meest consistent zijn met een biologische oorsprong uit de overblijfselen van de oudste levensvormen op aarde.

Om te onderzoeken in hoeverre metamorfose bij hoge temperatuur een verlies in moleculaire, elementaire en isotopensignaturen van biologische materie in gesteenten, ze analyseerden dezelfde mineralen uit een 1, 850 miljoen jaar oude BIF-rots in Michigan die een metamorfose had ondergaan in een hitte van 550 graden Celsius.

In deze tweede studie vandaag gepubliceerd in Tijdschrift van de Geologische Vereniging , het team laat zien dat verschillende biosignaturen worden gevonden in de grafietkoolstof en het bijbehorende apatiet, carbonaat en klei.

Ze gebruikten een verscheidenheid aan high-tech instrumenten om sporen van belangrijke moleculen te detecteren, elementen, en koolstofisotopen van grafiet en dit gecombineerd met verschillende microscopietechnieken om minuscule objecten te bestuderen die vastzitten in rotsen die onzichtbaar zijn voor het blote oog.

Samen, al hun waarnemingen van de samenstelling komen overeen met een oorsprong van vergane biomassa, zoals die van oude dierlijke fossielen in musea, maar die sterk is veranderd door hoge temperaturen.

"Onze nieuwe gegevens bieden aanvullende bewijzen dat grafiet geassocieerd met apatiet in BIF hoogstwaarschijnlijk van biologische oorsprong is. Bovendien, door een reeks waarnemingen te doen uit het hele geologische record, we lossen een langdurige controverse op over de oorsprong van isotopisch lichte grafietkoolstof met apatiet in de oudste BIF, " zei dr. Papineau.

"We hebben aangetoond dat biosignaturen bestaan ​​in sterk gemetamorfoseerde ijzerformaties uit Groenland en het noordoosten van Canada, die meer dan 3, 850 miljoen jaar oud en dateren uit het begin van het sedimentair gesteenterecord."