Mikrofossilspektroskopi daterer Jordens første dyr

Molekylære urdatoer for de første dyr, der går på Jorden, stemmer ikke overens med fossilerne. Sammenligning af det forskellige DNA fra to forskellige arter og ekstrapolering af, hvor lang tid det ville tage for dem at mutere fra en fælles forfader, tyder på, at der eksisterede dyr for 833-650 millioner år siden, men de ældste dyrefossiler, der er opdaget indtil videre, går kun 580 millioner år tilbage. En forklaring er mangler i fossiloptegnelsen - dyr eksisterede, men klipperne og miljøet var ikke egnet til fossilisering før for kun 580 millioner år siden. Nu, energidispersiv røntgenspektroskopi og højopløsnings infrarød spektroskopi har identificeret mineralerne i mudderstenene omkring gamle mikrofossiler, at give indsigt i deres dannelse, hvilket tyder på, at de rette betingelser for fossilisering eksisterede længe før de første dyrefossiler fundet hidtil begyndte at dannes. Resultaterne kan også antyde, hvordan man bedst leder efter beviser for liv på Mars.

Dyr er relativt nyere udviklinger på Jorden, forud for omkring 3,5 til 4 milliarder år af mikrober. "Derefter, lige før de sidste 500 millioner år, tingene bliver pludselig store, og vi får dyr for første gang, " siger Ross Anderson, en forsker i geovidenskab ved University of Oxford i Storbritannien. Hans bestræbelser på at forstå disse begivenheder førte til, at han ledte efter fossilerne af mikroskopiske organismer, der er mere end 500 millioner år gamle, og som går forud for denne "Cambriske eksplosion" af større livsformer.

I lang tid, eksperter havde antaget, at der ikke eksisterede nogen registrering af liv før den kambriske eksplosion. Opdagelsen i 1950'erne af "mikrofossiler", der var forud for større fossiler i en flintstrækning i Canada - Gunflint cherten - foranledigede jagten på flere mikrofossiler. Konserveringsprocesserne i cherts og fosfater er velkendte, men det viste sig, at langt de fleste mikrofossiler blev fundet i muddersten, og deres dannelsesprocesser var stadig uklare, som var årsagerne til, at nogle muddersten husede mikrofossiler, mens andre ikke gjorde det. "Vi undrede os, 'er der en kemi af disse muddersten, som er ret præcis og vil være karakteristisk for de klipper, hvor vi vil finde fossilerne?'" siger Ross.

Fossiler fra større dyr er også fundet i yngre muddersten, og disse omfatter dyr, der mangler hårde skeletter eller skaller, som er modstandsdygtige over for forrådnelse. Opdagelsen af ​​flere af disse fossiler i en stenstrækning i Canada ved navn Burgess Shale affødte en række hypoteser om de processer, der danner disse større fossiler. En teori er, at disse fossiler dannes i muddersten gennem en polymerisationsproces, der ligner garvning af læder. Lermineraler i muddersten binder sig til det døde dyrs organiske stof og polymeriserer, gør dets bløde væv mere modstandsdygtige over for forrådnelse. Men de bakterier og alger, der er bevaret i mikrofossiler, er lavet af forskellige organiske materialer, så det var tvivlsomt, at de samme processer ville gælde.

Et par år siden, Anderson og hans kolleger havde eksperimenteret med at dyrke de bakterier, der forårsager henfald i forskellige mudderstensstoffer. De fandt ud af, at lermineralet kaolinit - et aluminosilikat - hæmmede bakteriernes vækst, som også kunne være med til at bevare døde dyr. Mens oplysninger om mineralogien omkring fossiler af store dyr i muddersten er langt fra fuldstændige, hvad der er kendt understøttede forestillingen om, at kaolinit spillede en rolle i deres konservering og måske endda var involveret i polymerisationsprocessen. Anderson og hans kolleger spekulerede på, om kaolinit kunne være til stede i mudderstenene, der rummer mikrofossiler, hjælper med at bevare disse mikroorganismer, også. Udfordringen var at identificere de mineraler, der støder op til cellevæggen i disse små, sjældne mikrofossiler for at se, om de blev bevaret ved de samme processer.

Ved at skære mikroskopiske skiver på tværs af klippelaget, der rummer mikrofossilet og derefter et lodret snit gennem mikrofossilet, de var i stand til at skelne en halo af mineral på få mikrometer tyk omkring mikrofossilet. Fra energidispersive røntgenspektre, de var i stand til at identificere, at aluminium var til stede i haloen, men de kunne ikke bekræfte det nøjagtige mineral. Infrarøde spektraldata giver information om, hvordan molekyler i prøven kan vibrere eller på anden måde reagere på indfaldende infrarød stråling, giver mineralets nøjagtige identitet. Imidlertid, spektrene af forskellige ler er meget ens, og højopløsningsspektre og dermed et højt signal er påkrævet for at adskille dem. For det, forskerne tog dem til synkrotronen ved Diamond Light Source, hvor de højopløselige infrarøde spektre bekræftede, at haloen var kaolinit.

Halo implikationer

Resultaterne tyder på, at de samme processer bevarede præ-kambriske mikrober som senere større dyr. "Så det faktum, at der ikke er nogen dyr i de 800 millioner år gamle klipper, selvom de har den samme type konservering - alt hvad du finder, er bakterier eller algerne analyseret - så tyder det på, at dyr virkelig ikke har udviklet sig på det tidspunkt, " siger Andersen.

Ud over, resultaterne leder bestræbelserne på at finde fossiler fra tidligt liv til tropiske områder, hvor der er mere kaolinit. Det kan også give fingerpeg om tegn på liv længere væk. Da kaolinitkonserveringsprocessen gælder for en så bred vifte af organismer, herunder mikroorganismer, det virker som en lovende undersøgelseslinje i jagten på fossiliseret udenjordisk liv, som kan lide livet på Jorden i de første 3,5 til 4 milliarder år, kan have været mikrobiel, også. "Hvis livet sandsynligvis var mikrobielt, og vi vil lede efter dets rester på Mars, så forstår vi bedre, hvordan man leder efter fossile mikroorganismer, " siger Andersen.

© 2020 Science X Network