Jern-svovlmineraler kan vidne om de første mikrober på Jorden, der levede for milliarder af år siden

Et team af forskere ved universiteterne i Tübingen og Göttingen har fundet ud af, at visse mineraler med karakteristiske former kunne indikere bakteriers aktivitet i hydrotermiske åbninger – eller sorte rygere – i det dybe hav for flere milliarder år siden.

Dette repræsenterer et vigtigt skridt i vores forståelse af livets oprindelse. Undersøgelsen, ledet af Eric Runge og professor Jan-Peter Duda (nu begge ved universitetet i Göttingen) og professor Andreas Kappler og dr. Muammar Mansor, geomikrobiologer ved universitetet i Tübingen, er offentliggjort i Communications Earth &Environment .

Den geologiske optegnelse viser, at varme kilder har eksisteret på vores planet i mindst 3,77 milliarder år. Forskere vurderer, at varme kilder på grund af deres ekstremt dynamiske fysiske og kemiske forhold kan have givet anledning til organiske stoffer og til det første liv på Jorden. Lignende systemer menes at eksistere på andre planeter i vores solsystem, hvilket tyder på, at liv også kunne eksistere der.

Spor den evolutionære vej

"For at forstå, hvordan livet opstod, følger vi udviklingen af ​​mikroorganismer tilbage milliarder af år. For at gøre dette leder vi efter spor af liv, som vi kalder biosignaturer, i de ældste klipper på jorden," forklarer Eric Runge. der forskede på universitetet i Tübingen i en Emmy Noether-arbejdsgruppe ledet af Jan-Peter Duda, før begge videnskabsmænd flyttede til universitetet i Göttingen.

Runge siger, at det ikke altid er klart, om mineraler i bjergarter er dannet ved påvirkning af levende organismer såsom mikroorganismer eller udelukkende ved kemiske og fysiske processer. "Vi skærper vores søgen efter biosignaturer og får en bedre forståelse af, hvordan biologisk dannede mineraler ændrer sig over lange geologiske perioder," siger han.

En særlig lovende biosignatur er jern-svovlmineralet pyrit - "narre guld" - som er rigeligt i hydrotermiske åbninger på havbunden. Pyrit kan enten dannes direkte eller sekundært af mineralet magnetit, når det reagerer med svovlrige væsker, der findes med det. Det er afgørende, at det forekommer i forskellige former.

"I vores analyser viste pyrit sig i sin karakteristiske sfæriske form at være særligt interessant, med en struktur, der ligner hindbærs," rapporterer Andreas Kappler. "Det dannedes kun i denne form, da udgangsmaterialet - magnetit - blev dannet af jernreducerende bakterier."

Genskabt i et eksperiment

I mangel af luft kan visse bakterier vokse og generere energi ved at overføre elektronerne fra deres mad, ikke til ilt – som mennesker og andre dyr gør – men til oxideret jern. Dette reduceres, og der kan dannes magnetit; en proces, der er udbredt i nutidens hydrotermiske udluftninger på havbunden.

I forsøget har forskerholdet nu simuleret, hvordan magnetit reagerer kemisk med de svovlrige væsker, der produceres der. For at gøre dette tog de både ikke-biologisk dannet magnetit og magnetit dannet biologisk i bakteriekulturer og udsatte dem separat for de forhold, der hersker i de ekstreme levesteder for nutidens magnetitdannende bakterier omkring sorte rygere.

"Vi observerede, at både den ikke-biologiske og biologiske magnetit stort set var opløst inden for få timer. Vores undersøgelser ved hjælp af et scanningselektronmikroskop, som blev udført på Tübingen Structural Microscopy Core Facility (TSM), viste imidlertid, at krystalformerne af transformationsprodukter adskilte sig væsentligt efter et par uger," rapporterer Runge.

"Mens pyritkrystaller - forgrenede og formet som grantræer - blev dannet i eksperimenterne med ikke-biologisk magnetit, var pyriten i eksperimenterne med biologisk magnetit mere sfærisk." Sådanne sfæriske pyrit kan tjene som fossile beviser for tidligt bakterieliv, siger Kappler, "især i de ældste klipper dannet af varme kilder på vores planet."

"Forskning i biosignaturer er dog ikke relevant kun for at tyde livets historie på Jorden," siger Jan-Peter Duda. "Varme kilder, der ligner dem på havbunden, kan for eksempel forekomme på Saturns måne Enceladus. Hvis der er liv der, er det højst sandsynligt, at det er mikroorganismer. Undersøgelser som vores giver grundlag for at genkende sporene af sådanne organismer."

Flere oplysninger: Eric Runge et al., Hydrotermisk sulfidering af biogen magnetit producerer framboid-lignende pyrit, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01400-z

Journaloplysninger: Kommunikation Jord og miljø

Leveret af University of Tübingen