Ett team av forskare vid universiteten i Tübingen och Göttingen har funnit att vissa mineraler med karakteristiska former kan indikera bakteriers aktivitet i hydrotermiska ventiler – eller svarta rökare – i djuphavet för flera miljarder år sedan.
Detta representerar ett stort steg i vår förståelse av livets ursprung. Studien, ledd av Eric Runge och professor Jan-Peter Duda (nu båda vid universitetet i Göttingen) och professor Andreas Kappler och dr. Muammar Mansor, geomikrobiologer vid universitetet i Tübingen, publiceras i Communications Earth &Environment .
Det geologiska rekordet visar att varma källor har funnits på vår planet i minst 3,77 miljarder år. Forskare anser att varma källsystem, på grund av deras extremt dynamiska fysiska och kemiska förhållanden, kan ha gett upphov till organiska ämnen och till det första livet på jorden. Liknande system tros finnas på andra planeter i vårt solsystem, vilket tyder på att liv kan existera där också.
"För att förstå hur livet uppstod följer vi utvecklingen av mikroorganismer tillbaka miljarder år. För att göra detta letar vi efter spår av liv, som vi kallar biosignaturer, i de äldsta stenarna på jorden", förklarar Eric Runge. som forskat vid universitetet i Tübingen i en Emmy Noether-arbetsgrupp ledd av Jan-Peter Duda innan båda forskarna flyttade till universitetet i Göttingen.
Runge säger att det inte alltid är klart om mineraler i bergarter bildas genom inverkan av levande organismer som mikroorganismer eller enbart genom kemiska och fysikaliska processer. "Vi finslipar vårt sökande efter biosignaturer och får en bättre förståelse för hur biologiskt bildade mineraler förändras under långa geologiska perioder", säger han.
En särskilt lovande biosignatur är järn-svavelmineralet pyrit - "fool's gold" - som finns rikligt i hydrotermiska öppningar på havsbotten. Pyrit kan antingen bildas direkt eller sekundärt från mineralet magnetit när det reagerar med svavelrika vätskor som finns med det. Det är avgörande att det förekommer i olika former.
"I våra analyser visade sig pyrit i sin karakteristiska sfäriska form vara särskilt intressant, med en struktur som liknar den hos ett hallon", rapporterar Andreas Kappler. "Det bildades bara i den här formen när utgångsmaterialet - magnetit - bildades av järnreducerande bakterier."
I frånvaro av luft kan vissa bakterier växa och generera energi genom att överföra elektronerna från maten, inte till syre – som människor och andra djur gör – utan till oxiderat järn. Detta reduceras och magnetit kan bildas; en process som är utbredd i dagens hydrotermiska ventiler på havsbotten.
I experimentet har forskargruppen nu simulerat hur magnetit reagerar kemiskt med de svavelrika vätskorna som produceras där. För att göra detta tog de både icke-biologiskt bildad magnetit och magnetit bildad biologiskt i bakteriekulturer, och exponerade dem separat för de förhållanden som råder i de extrema livsmiljöerna för dagens magnetitbildande bakterier runt svarta rökare.
"Vi observerade att både den icke-biologiska och biologiska magnetiten till stor del löstes upp inom några timmar. Men våra undersökningar med ett svepelektronmikroskop, som utfördes vid Tübingen Structural Microscopy Core Facility (TSM), visade att kristallformerna av transformationsprodukterna skilde sig markant efter några veckor", rapporterar Runge.
"Medan pyritkristaller - grenade och formade som granar - bildades i experimenten med icke-biologisk magnetit, var pyriten i experimenten med biologisk magnetit mer sfärisk." Sådana sfäriska pyriter kan fungera som fossila bevis för tidigt bakterieliv, säger Kappler, "särskilt i de äldsta stenarna som bildas av varma källor på vår planet."
– Forskning om biosignaturer är dock inte relevant enbart för att tyda livets historia på jorden, säger Jan-Peter Duda. "Varma källor, liknande de på havsbotten, skulle kunna förekomma till exempel på Saturnus måne Enceladus. Om det finns liv där är det med största sannolikhet mikroorganismer. Studier som våra ger grunden för att känna igen spåren av sådana organismer."
Mer information: Eric Runge et al, Hydrotermisk sulfidering av biogen magnetit producerar framboidliknande pyrit, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01400-z
Journalinformation: Kommunikation Earth &Environment
Tillhandahålls av University of Tübingen
