Da oceanerne blev alkaliseret, liv udviklede knogler og skaller

Et kritisk træk ved mange multicellulære livsformer på Jorden er hårde, biologiske strukturer, såsom dyreknogler og snegleskaller, der er fremstillet af mineraler.

Små fossiler, der for nylig blev opdaget i Canada, har skubbet det ældste kendte bevis for "bio-mineralisering" tilbage til 810 millioner år siden. Fundet kan give indsigt i at lokalisere fossiler på andre planeter og belyse måderne, hvorpå livsformer og deres planeter udvikler sig sammen over tid.

Forskerne detaljerede deres fund i tidsskriftet Videnskab fremskridt . De modtog økonomisk støtte fra NASA Astrobiology Institute MIT -node og gennem et NASA Astrobiology postdoc -stipendium.

Flercellede organismer, såsom dyr, planter og svampe er alle eksempler på eukaryoter, hvis celler besidder kerner. Udviklingen af ​​bio-mineralisering var en vigtig milepæl i eukaryotes historie og for Jorden generelt, siden biomineralske strukturer, såsom koralrev, har haft en dramatisk indvirkning på planetens geologi. Endnu, tidlige tegn på eukaryot bio-mineralisering er forblevet uklare i fossilrekorden, gør det svært at kende alderen og miljøforholdene, hvor disse biologiske strukturer først opstod.

For at finde ud af, hvornår eukaryot bio-mineralisering måske først har udviklet sig, forskere indsamlede prøver fra en cirka 200 fod tyk (60 meter) sektion af kalkmuddersten og sort og grå skifer nær Mount Slipper i Yukon-territoriet, Canada, nær Alaskas grænse.

"Vi var der i slutningen af ​​juni, men det var stadig rigtig koldt, "sagde hovedforfatter af undersøgelsen, Phoebe Cohen, en paleobiolog ved Williams College i Williamstown, Massachusetts. "Der var stadig masser af sne på jorden, men det var faktisk okay, siden det er her, vi får vores drikkevand fra. "

Forskerne fokuserede på mikrofossiler i klippen, som opstod under den neoproterozoiske æra for mellem 541 millioner til 1 milliard år siden.

"Bjergskråningen, hvor fossilerne findes, er meget stejl, og meget af klippen er løst, så vi tilbragte meget tid med usikkerhed at sidde på stejle skråninger og slog væk med sten med vores stenhamre for at indsamle prøver, "Sagde Cohen.

Mikrofossilerne Cohen og hendes team afdækkede, menes at være encellede marine eukaryoter, findes i en lang række forskellige former. "Hver af de små fossiler, vi finder, synes vi ikke er sin egen organisme, men en del af en enkelt celle. Forestil dig en rund enkeltcelle omgivet af disse små pansrede plader, "Sagde Cohen.

Ved hjælp af transmissionselektronmikroskoper i høj opløsning, Cohen og hendes kolleger fandt ud af, at disse mikrofossiler stort set var lavet af komplekse, sammenvævede netværk af fibrøse krystaller af et mineral kendt som apatit. Disse netværks indviklede karakter bekræftede, at de blev skabt af en biologisk, i modsætning til en geologisk, behandle, sagde forskerne.

Desuden, analyse af isotoper af grundstofferne rhenium og osmium i klippen foreslog, at disse fossiler er cirka 810 millioner år gamle, repræsenterer de ældste eksemplarer af eukaryotisk bio-mineralisering hidtil opdaget. De er, faktisk, ældre end tidligere eksemplarer med omkring 200 millioner år, Sagde Cohen.

"Eukaryoter byggede meget komplekse biomineraliserede strukturer meget tidligere, end vi troede, de var, "Sagde Cohen.

Det var en anden verden i disse organismers levetid end i dag; næsten alt liv eksisterede i vand, og planter og dyr var endnu ikke kommet ind på scenen. Men der var en stor mangfoldighed af mikroskopiske eukaryoter dengang. Nogle af disse organismer var alger svarende til nutidens røde og grønne alger, mens andre ikke har en lignende moderne analog, ligesom de mystiske fossiler Cohens team fandt.

Analyse af klipperne omkring fossilerne tyder på, at kemiske ændringer i havene, da disse eukaryoter var i live, øgede mængden af ​​fosfatforbindelser, der blev opløst i vandet, hvor disse livsformer boede. Det her, på tur, hjælper med at forklare, hvorfor disse organismer kan have skabt strukturer lavet af apatit, som er et fosfatmineral. Og det tyder på, at biomineralisering udviklede sig efterhånden som organismer og deres omgivelser udviklede sig sammen gennem tiden, Sagde Cohen.

"Masser af tilgængeligt fosfor? Så forventer du måske at se organismer, der bruger det element til at biomineralisere, "Sagde Cohen.

Denne forskning kan også kaste lys over, hvor man finder fossiler på andre planeter. For eksempel, hvis man leder efter fossiler, der hovedsageligt består af fosfater, forskere vil måske fokusere på områder, der engang var, eller er i øjeblikket, rig på opløste fosfater.

"Vi har lært mere om de betingelser, hvorunder disse typer af biomineraliserede fossiler kan findes, hvilket er nyttigt, når vi begynder at udforske steder som Mars efter potentielle fossile beviser for liv, "Sagde Cohen.

Fremtidig forskning kan fokusere på at finde sådanne fossiler andre steder i verden, Sagde Cohen.

"Jeg arbejder også på at forsøge at forstå, hvorfor disse fossiler bevares her, og hvordan de bevares, which will help us find them elsewhere and also help us understand more generally how bio-mineralized fossils get preserved in ancient rocks, " hun sagde.

"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 .