Bevis på att katastrofala geologiska händelser kunde ha skapat evolutionära flaskhalsar som förändrade livets gång på jorden kan vara begravda i gamla stenar under våra fötter.

Det finns ett gap på 700 miljoner år i jordens historia, och på den tiden hände en av de mest omvälvande händelserna:livet dök upp. Denna saknade epok kan inte bara rymma hemligheten bakom mänsklighetens första förfader, men kan vägleda vårt sökande efter liv på andra planeter.

För detta ändamål en färsk tidning, publicerad i den vetenskapliga tidskriften Astrobiologi , försöker föra samman geologins och kemins världar genom att beskriva vad jordens uråldriga geologi berättar om när livet började på planeten, och hur geologiska begränsningar – som de som orsakas av en asteroidnedslag eller evolutionära flaskhalsar – kan användas för att granska de olika teorierna om livets utveckling.

"Geologer har bara svagt begränsat tiden då jorden blev beboelig och den senare tidpunkten då liv faktiskt existerade till det långa intervallet mellan cirka 4,5 miljarder år sedan och 3,85 miljarder år sedan, "Norm sömn, en geolog vid Stanford University i USA, skriver i sin tidning.

En farlig tid

Dock, detta var en farlig tid att vara i närheten av jorden. Även om bevis för det har blivit alltmer omtvistade de senaste åren, många forskare tror fortfarande att asteroider under denna period slog den unga jorden och dess närliggande planeter i det som har blivit känt som det sena tunga bombardementet.

En asteroidnedslag är en av händelserna som kunde ha skapat vad som kallas en evolutionär flaskhals, varvid några få arter kan dominera, ofta som ett resultat av en plötslig minskning av antalet andra organismer, säger Sleep.

Om en stor asteroid skulle träffa jorden, planetens yttemperatur skulle skjuta i höjden och haven skulle förångas in i atmosfären. Det skulle vara katastrofalt för majoriteten av livet på jorden. Men om en organism kunde överleva det, den skulle kunna ta över planeten – och möjligen utvecklas under loppet av miljarder år till vad som så småningom skulle bli människor.

"Om du utplånar det mesta livet geologiskt, de överlevande kommer att hitta många lediga nischer att ockupera, och det kommer att ske en snabb utveckling, "Sömn säger till Astrobiology Magazine. Till exempel, termofiler (som är värmeälskande organismer) kan ha kunnat överleva temperaturer som skulle ha dödat andra organismer.

"Denna typ av flaskhals, vi vet från fysiken, "Sömnen säger. "Insidan av jorden skulle vara svalare, termiska mikrober skulle vara bekväma. "

Kolbaserade bevis

Tyvärr, forntida asteroidnedslag är svåra att upptäcka i jordens geologi, delvis på grund av vår planets skiftande tektoniska plattor. Dock, spår av sekvestrerat kol fångat i gamla klippor kan ge en ledtråd:post-katastrofala asteroidnedslag, atmosfären skulle ha innehållit rikliga mängder koldioxid, kopplat till de höga temperaturer och höga atmosfärstryck som skulle ha gjort det svårt för levande att trivas på jorden. "Jorden blev inte beboelig förrän huvuddelen av denna koldioxid subducerades i manteln, "Sömn skriver i sin tidning. Hittills, forskare har inte hittat tillförlitliga bevis för denna sekvestrerade koldioxid.

En annan evolutionär flaskhals för livet kunde ha varit innovation:en organism förnyar en egenskap som gör den mycket lämplig för sin miljö, och det kan konkurrera ut andra organismer. "Det tar snabbt över alla lämpliga beboeliga platser på jorden och det blir mycket rikligt mycket snabbt, säger Sleep.

Ett exempel skulle vara en organism som utvecklar förmågan att använda järn eller svavel för att fotosyntetisera. "Organismen går från att vara beroende av väte till solljus, och dess biomassa ökar med en storleksordning, " han säger.

"När denna tröskel nåddes, övergången skulle gå snabbt, som i mänsklig tidsskala:år, hundratals år, årtusenden. Organismen kunde gå från att bara knappt få ut den, att föröka och bebo hela planeten.

"Dessa är alla potentiellt testbara hypoteser, " han säger.

Hans papper noterar att majoriteten av kända mineralarter har sin existens till följd av biologiska processer.

Få folk att tänka

På frågan om vilken som var den mest troliga orsaken till dessa flaskhalsar, Sömnen säger att det förmodligen var en blandning av båda. Syftet med hans tidning var inte att förespråka en sak framför en annan, men "för att få folk att tänka"

"Det är att få människor att arbeta tillsammans, [att] posera saker på ett sätt som är till hjälp för alla, [och] väcka mer att tänka på det, " han säger.

William Martin, Direktör för Institutet för molekylär evolution vid Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, avslöjar för Astrobiology Magazine att "Det finns en mångfald av åsikter inom båda disciplinerna, [och] att få alla på samma sida är ingen lätt uppgift. [Sleep] gjorde en stor ansträngning för att nå ut över discipliner, det är säkert. Synen på tidig evolution förändras långsamt, men [Norm Sleep's paper] är ett viktigt bidrag.

I slutändan är geologin avgörande, eftersom det definierar miljön inom vilken biologer och kemister måste verka, han säger.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.