Een cruciaal kenmerk van veel meercellige levensvormen op aarde zijn harde, biologische structuren, zoals dierlijke botten en slakkenhuizen die zijn gemaakt van mineralen.

Kleine fossielen die onlangs in Canada zijn ontdekt, hebben het oudst bekende bewijs van "biomineralisatie" teruggedrongen tot 810 miljoen jaar geleden. De vondst zou inzicht kunnen geven in het lokaliseren van fossielen op andere planeten en licht werpen op de manieren waarop levensvormen en hun planeten zich in de loop van de tijd samen ontwikkelen.

De onderzoekers hebben hun bevindingen beschreven in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Ze kregen financiële steun van het MIT-knooppunt van het NASA Astrobiology Institute en via een postdoctorale fellowship van NASA Astrobiology.

Meercellige organismen, zoals dieren, planten en schimmels zijn allemaal voorbeelden van eukaryoten, waarvan de cellen kernen bezitten. De evolutie van biomineralisatie was een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van eukaryoten en voor de aarde in het algemeen, sinds bio-minerale structuren, zoals koraalriffen, hebben een dramatische invloed gehad op de geologie van de planeet. Nog, vroege tekenen van eukaryote biomineralisatie zijn duister gebleven in het fossielenarchief, waardoor het moeilijk is om de leeftijd en omgevingsomstandigheden te kennen waarin deze biologische structuren voor het eerst zijn ontstaan.

Om vast te stellen wanneer eukaryote biomineralisatie voor het eerst zou kunnen zijn geëvolueerd, wetenschappers verzamelden monsters van een ongeveer 60 meter dikke sectie van kalkmoddersteen en zwarte en grijze leisteen in de buurt van Mount Slipper op het grondgebied van Yukon, Canada, nabij de grens met Alaska.

"We waren er eind juni, maar het was nog steeds erg koud, " zei hoofdauteur van de studie, Phoebe Cohen, een paleobioloog aan het Williams College in Williamstown, Massachusetts. "Er lag nog veel sneeuw op de grond, maar dat viel eigenlijk wel mee want daar halen we ons drinkwater vandaan."

De onderzoekers richtten zich op microfossielen in de rots, die ontstond tijdens het Neoproterozoïcum tussen 541 miljoen en 1 miljard jaar geleden.

"De berghelling waar de fossielen worden gevonden is erg steil, en veel van de rots is los, dus brachten we veel tijd door met gevaarlijk neerstrijken op steile hellingen, terwijl we met onze rotshamers op rotsen sloegen om monsters te verzamelen, ' zei Cohen.

De microfossielen die Cohen en haar team hebben ontdekt, waarvan gedacht wordt dat het eencellige mariene eukaryoten zijn, komen in een grote verscheidenheid aan vormen. "Elk van de kleine fossielen waarvan we denken dat het niet zijn eigen organisme is, maar een deel van een enkele cel. Stel je een ronde enkele cel voor, omringd door deze kleine pantserplaten, ' zei Cohen.

Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopen met hoge resolutie, Cohen en haar collega's ontdekten dat deze microfossielen grotendeels waren gemaakt van complexe, verweven netwerken van vezelige kristallen van een mineraal dat bekend staat als apatiet. De ingewikkelde aard van deze netwerken bevestigde dat ze werden gecreëerd door een biologische, in tegenstelling tot een geologische, Verwerken, aldus de onderzoekers.

Verder, analyse van isotopen van de elementen rhenium en osmium in het gesteente suggereerde dat deze fossielen ongeveer 810 miljoen jaar oud zijn, die de oudste exemplaren van eukaryote biomineralisatie vertegenwoordigen die tot nu toe zijn ontdekt. Zij zijn, in feite, ongeveer 200 miljoen jaar ouder dan eerdere exemplaren, zei Cohen.

"Eukaryoten bouwden veel eerder zeer complexe bio-gemineraliseerde structuren dan we dachten, ' zei Cohen.

Het was tijdens het leven van deze organismen een andere wereld dan nu; bijna al het leven bestond in water, en planten en dieren waren nog niet op het toneel verschenen. Maar er was in die tijd een grote diversiteit aan microscopisch kleine eukaryoten. Sommige van deze organismen waren algen die lijken op de huidige rode en groene algen, terwijl anderen geen vergelijkbare moderne analoog hebben, zoals de mysterieuze fossielen die Cohens team vond.

Analyse van de rotsen rond de fossielen suggereert dat chemische veranderingen in de oceanen toen deze eukaryoten nog leefden, de hoeveelheid fosfaatverbindingen verhoogden die werden opgelost in het water waar deze levensvormen woonden. Dit, beurtelings, helpt verklaren waarom deze organismen structuren van apatiet zouden kunnen hebben gemaakt, wat een fosfaatmineraal is. En het suggereert dat biomineralisatie zich ontwikkelde naarmate organismen en hun omgevingen samen door de tijd evolueerden, zei Cohen.

"Veel beschikbare fosfor? Dan verwacht je misschien dat organismen dat element gebruiken om te biomineraliseren, ' zei Cohen.

Dit onderzoek kan ook licht werpen op waar fossielen op andere planeten te vinden zijn. Bijvoorbeeld, als je op zoek bent naar fossielen die grotendeels uit fosfaten zijn gemaakt, wetenschappers willen zich misschien concentreren op gebieden die ooit, of zijn momenteel, rijk aan opgeloste fosfaten.

"We hebben meer geleerd over de omstandigheden waaronder dit soort bio-gemineraliseerde fossielen gevonden kunnen worden, wat handig is als we plaatsen zoals Mars beginnen te verkennen voor mogelijk fossiel bewijs van leven, ' zei Cohen.

Toekomstig onderzoek zou zich kunnen richten op het vinden van dergelijke fossielen elders in de wereld, zei Cohen.

"Ik probeer ook te begrijpen waarom deze fossielen hier worden bewaard en hoe ze worden bewaard, which will help us find them elsewhere and also help us understand more generally how bio-mineralized fossils get preserved in ancient rocks, " ze zei.

"There's also a lot of questions about why we don't see eukaryotic bio-mineralization again for almost 200 million years, " Cohen said. "Was it because these organisms went extinct? Then why didn't other organisms evolve this capability? Was it because of ocean chemistry conditions? There's many interesting questions to follow up with there as well."

This story is republished courtesy of NASA's Astrobiology Magazine. Explore the Earth and beyond at www.astrobio.net .