Dybe biosfære mikrober udvider livets kemiske signaturer

Søgning efter tegn på gammelt mikrobielt liv i den geologiske rekord er udfordrende på grund af nedbrydning af det primære organiske materiale. Derfor, bevis på biogen oprindelse er ofte afhængig af kemiske signaturer, som mikroorganismer efterlader. En ny undersøgelse af mineraler i klippesprækker præsenterer kemiske signaturer, der er deciderede beviser for udbredte gamle livsprocesser i den energifattige kontinentale skorpe. Vigtigere, undersøgelsen udvider i høj grad den kendte kemiske variation af svovl, et af nøgleelementerne i mikrobielle metabolisme. Dette giver nye spor til, hvilken type kemiske signaturer man kan forvente af livet i ekstreme miljøer, herunder søgen efter liv på andre planeter.

En stor del af den biologiske aktivitet på Jorden er skjult under jorden ned til flere kilometers dybde i et miljø, der opfandt den "dybe biosfære". Undersøgelser af livsformer i dette mørke anoksiske system har betydning for, hvordan livet har udviklet sig under forhold, vi anser for ekstreme. Det giver også fingerpeg om, hvordan livet kan have udviklet sig på andre planeter, hvor fjendtlige forhold hæmmer kolonisering af overflademiljøet. Viden om det gamle liv i dette miljø dybt under vores fødder er stadig ekstremt knap.

Søgning efter tegn på gammelt liv på Jorden i den geologiske rekord er ofte udfordrende, fordi det primære organiske materiale er blevet delvist eller fuldstændigt nedbrudt. I disse situationer, beviset for biogen oprindelse afhænger af geokemiske signaturer, som mikroorganismer efterlader, eller til morfologiske former af mineraliserede mikrobielle rester. På jagt efter liv på andre planeter, som på Mars, de samme udfordringer kan forventes, og det er derfor vigtigt at vide, hvilken type kemiske signaturer man kan forvente af livet i ekstreme miljøer.

I talrige revner ned til 1700 meters dybde, der delvis er forseglet af krystaller vokset i dem, et team af forskere ledet af Dr. Henrik Drake fra Linnéuniversitetet, Sverige, har sporet gamle mikrobielle processer, dominerende fokus på mikrober, der omdanner sulfat til sulfid i deres stofskifte. Den tværfaglige tilgang omfattede mikroskala måling og billeddannelse af svovl kombineret med geokronologi inden for mineraler dannet som reaktion på mikrobiel aktivitet på flere svenske granitiske klippesteder. Dette er den mest omfattende undersøgelse af denne proces i den kontinentale skorpe endnu, og resultaterne tyder på, at processen har været udbredt i tid og rum i grundfjeldet.

Henrik Drake forklarer, hvordan de tappede det kemiske arkiv af mineraler for at dechifrere gamle mikrobielle processer:

"Det er velkendt fra andre miljøer, at når mikroorganismer bruger sulfat i deres stofskifte, producerer de mineraler, der har en karakteristisk svovlsammensætning. Faktisk, relativ overflod af forskellige svovlatomer (isotoper) er blandt de mest anvendte geokemiske værktøjer til at spore mikrobielle processer i den geologiske rekord. Vores mikroanalyser inden for krystaller af sulfidmineralpyritten viste den mest ekstreme svovlisotopsammensætning, der nogensinde er registreret på Jorden. "

"Disse underskrifter er klare beviser på gamle livsprocesser i den kontinentale skorpe, men endnu vigtigere udvider de i høj grad den kendte isotopvariation af sulfidmineraler produceret efter mikrobielle metabolisme. Mere detaljeret, spændvidden af ​​forholdet mellem svovlisotoper ³⁴ S til ³² S var så stor som -54 til +132 pr. Mil (normaliseret til CDT -standarden). Tilpasning til energifattige forhold, langsom metabolisme og fuldstændig udmattelse af det tilgængelige opløste sulfat, da det bevægede sig gennem brudsystemet, er forklaringer på de ekstraordinære værdier. "

Christine Heim fra University of Göttingen, Tyskland, medforfatter af undersøgelsen, siger:

"Ud over isotopsignaturerne fandt vi biomarkører for gamle organiske rester af overfladisk oprindelse (f.eks. Landplanter) bevaret i mineralbelægningerne i stor dybde. En forbindelse til overfladebiosfæren er derved tydelig og kan forklare, hvorfor mærkerne ved mikrobiel aktivitet pludselig forsvinder på omkring 1000 m dybde. "

Direkte tidsbegrænsninger lettes af nyudviklede datingteknikker afsløret, da de biologiske aktiviteter startede-for 360-400 millioner år siden. Dybt liv i den energifattige kontinentale skorpe har tydeligvis trivedes over æoner, som er relevant information, når man søger efter liv i lignende undergrundsindstillinger på andre planeter. Henrik Drake opsummerer:

"Vores metode med flere metoder har gjort os opmærksom på, at biologiske signaturer i ekstreme miljøer kan være anderledes end det, vi forventede tidligere, og ville derfor være meget velegnet til undersøgelse af udenjordiske miljøer. "

Medforfatter Martin Whitehouse fra The Swedish Museum of Natural History tilføjer:

"Evnen til hurtigt at måle svovlisotoper ved høj rumlig opløsning ved hjælp af ionmikroprobe muliggør en bedre forståelse af både rækkevidden og fordelingen inden for enkelte pyritkrystaller. Det er spændende, at vores tidligere undersøgelser af det samme brudsystem fandt de mest variable carbonisotopsammensætninger i carbonatmineraler, der endnu er registreret på Jorden. Vi kan derfor konkludere, at vores udforskning af ældgammelt liv i revner af terrestriske magmatiske klipper vil ændre den måde, vi ser på geokemiske proxyer for mikrobiel aktivitet i ekstreme miljøer. "

Resultaterne præsenteres i artiklen "Enestående ³⁴ S-berigelse af pyrit dannet efter reduktion af mikrobiel sulfat i frakturerede krystallinske sten "i tidsskriftet Geobiologi (udgivet online den 26. juni, 2018).