Voor het grootste deel van de geschiedenis van de aarde, leven was beperkt tot het microscopische rijk, met bacteriën die bijna elke mogelijke niche bezetten. Over het algemeen wordt aangenomen dat het leven is geëvolueerd in enkele van de meest extreme omgevingen, zoals hydrothermale bronnen diep in de oceaan of warmwaterbronnen die nog steeds sudderen in Yellowstone. Veel van wat we weten over de evolutie van het leven komt van de rockplaat, die zeldzame fossielen van bacteriën van miljarden jaren geleden bewaart. Maar dat record is doordrenkt van controverse, met elke nieuwe ontdekking (terecht) bekritiseerd, ondervraagd, en vanuit elke hoek geanalyseerd. Zelfs dan, onzekerheid of een beweerd fossiel een spoor van leven is, kan blijven bestaan, en het veld wordt geplaagd door "valse positieven" van het vroege leven. Om de evolutie op onze planeet te begrijpen - en om tekenen van leven op anderen te helpen vinden - moeten wetenschappers het verschil kunnen zien.

Nieuwe experimenten van geobiologen Julie Cosmidis, Christine Nims, en hun collega's, vandaag gepubliceerd in Geologie , zou kunnen helpen bij het oplossen van argumenten over welke microfossielen tekenen zijn van het vroege leven en welke niet. Ze hebben aangetoond dat gefossiliseerde bollen en filamenten - twee veel voorkomende bacteriële vormen - gemaakt van organische koolstof (meestal geassocieerd met leven) zich abiotisch kunnen vormen (in de afwezigheid van levende organismen) en misschien zelfs gemakkelijker te bewaren zijn dan bacteriën.

"Een groot probleem is dat de fossielen een heel eenvoudige morfologie hebben, en er zijn veel niet-biologische processen die ze kunnen reproduceren, " zegt Cosmidis. "Als je een volledig skelet van een dinosaurus vindt, het is een zeer complexe structuur die onmogelijk door een chemisch proces kan worden gereproduceerd." Het is veel moeilijker om die zekerheid te hebben met gefossiliseerde microben.

Hun werk werd gestimuleerd door een toevallige ontdekking een paar jaar geleden, waarbij zowel Cosmidis als Nims betrokken waren tijdens het werken in het lab van Alexis Templeton. Tijdens het mengen van organische koolstof en sulfide, ze merkten dat er bolletjes en filamenten werden gevormd en namen aan dat ze het resultaat waren van bacteriële activiteit. Maar bij nader inzien Cosmidis realiseerde zich al snel dat ze abiotisch waren gevormd. "Heel vroeg, we merkten dat deze dingen veel op bacteriën leken, zowel chemisch als morfologisch, " ze zegt.

"Ze beginnen er gewoon uit te zien als een residu op de bodem van het experimentele vat, " onderzoeker Christine Nims zegt, "maar onder de microscoop, je kon deze prachtige structuren zien die er microbieel uitzagen. En ze vormden zich in deze zeer steriele omstandigheden, dus deze verbluffende functies kwamen in wezen uit het niets. Het was echt spannend werk."

"Wij dachten, 'Wat als ze zich in een natuurlijke omgeving zouden kunnen vormen? Wat als ze in rotsen konden worden bewaard?'" zegt Cosmidis. "Dat moesten we proberen, om te zien of ze kunnen worden gefossiliseerd."

Nims begon met het uitvoeren van de nieuwe experimenten, testen om te zien of deze abiotische structuren, die ze biomorfen noemden, zou kunnen worden gefossiliseerd, zoals een bacterie zou zijn. Door biomorfen toe te voegen aan een silica-oplossing, ze wilden de vorming van hoornkiezel nabootsen, een silica-rijk gesteente dat gewoonlijk vroege microfossielen bewaart. Voor weken, ze zou de voortgang van de kleinschalige 'fossilisering' zorgvuldig onder een microscoop volgen. Ze ontdekten niet alleen dat ze gefossiliseerd konden worden, maar ook dat deze abiotische vormen veel gemakkelijker te bewaren waren dan bacteriële resten. De abiotische 'fossielen, ' structuren samengesteld uit organische koolstof en zwavel, waren veerkrachtiger en minder geneigd om af te vlakken dan hun fragiele biologische tegenhangers.

"Microben hebben geen botten, " legt Cosmidis uit. "Ze hebben geen huiden of skeletten. Het is gewoon squishy organisch materiaal. Dus om ze te behouden, je moet zeer specifieke omstandigheden hebben' - zoals lage fotosynthesesnelheden en snelle sedimentafzetting - 'dus het is een beetje zeldzaam wanneer dat gebeurt.'

Op één niveau, hun ontdekking compliceert de zaken:wetende dat deze vormen zonder leven kunnen worden gevormd en gemakkelijker kunnen worden bewaard dan bacteriën twijfel zaaien, over het algemeen, op onze geschiedenis van het vroege leven. Maar voor een tijdje, geobiologen weten beter dan alleen op morfologie te vertrouwen om potentiële microfossielen te analyseren. Ze brengen scheikunde, te.

De "organische enveloppen" die Nims in het laboratorium heeft gemaakt, zijn gevormd in een omgeving met een hoog zwavelgehalte, repliceren van omstandigheden op de vroege aarde (en warmwaterbronnen vandaag). Pyriet, of "het goud van de dwaas, " is een ijzersulfide-mineraal dat zich waarschijnlijk in dergelijke omstandigheden zou hebben gevormd, dus zijn aanwezigheid kan worden gebruikt als een baken voor potentieel problematische microfossielen. "Als je kijkt naar oude rotsen die bevatten wat wij denken dat microfossielen zijn, ze bevatten heel vaak ook pyriet, " zegt Cosmidis. "Voor mij, dat zou een rode vlag moeten zijn:'Laten we hier voorzichtiger zijn.' Het is niet zo dat we gedoemd zijn om nooit te kunnen vertellen wat de echte microfossielen zijn. We moeten er gewoon beter in worden."