Detta prov av sten togs från Apex Chert, en bergformation i västra Australien som är bland de äldsta och bäst bevarade bergartarna i världen, 1982 och befanns snart innehålla bevis för tidigt liv på jorden. En studie publicerad av UCLA- och UW-Madison-forskare 2017 använde sofistikerad kemisk analys för att bekräfta att de mikroskopiska strukturerna som finns i berget verkligen är biologiska, gör dem - med 3,5 miljarder år - till de äldsta fossilerna som hittats. Detta är berget efter analys i WiscSIMS Laboratory. Upphovsman:John Valley, UW-Madison
Forskare vid UCLA och University of Wisconsin-Madison har bekräftat att mikroskopiska fossiler som upptäcktes i en nästan 3,5 miljarder år gammal stenbit i västra Australien är de äldsta fossiler som någonsin hittats och faktiskt de tidigaste direkta bevisen på liv på jorden.
Studien, publicerad idag i Förfaranden från National Academy of Sciences , leddes av J. William Schopf, professor i paleobiologi vid UCLA, och John W. Valley, professor i geovetenskap vid University of Wisconsin-Madison. Forskningen förlitade sig på ny teknik och vetenskaplig expertis som utvecklats av forskare vid UW-Madison WiscSIMS Laboratory.
Studien beskriver 11 mikrobiella prover från fem separata taxa, koppla deras morfologier till kemiska signaturer som är karakteristiska för livet. Vissa representerar nu utdöda bakterier och mikrober från ett livsområde som kallas Archaea, medan andra liknar mikrobiella arter som fortfarande finns idag. Resultaten tyder också på hur var och en kan ha överlevt på en syrefri planet.
Mikrofossilerna - så kallade eftersom de inte är uppenbara för blotta ögat - beskrevs först i tidskriften Science 1993 av Schopf och hans team, som identifierade dem baserade till stor del på fossilens unika, cylindriska och trådformiga former. Schopf, chef för UCLA:s Center for the Study of Evolution and the Origin of Life, publicerade ytterligare bevis för deras biologiska identitet år 2002.
Han samlade in stenen där fossilerna hittades 1982 från Apex chert -fyndigheten i Västra Australien, en av få platser på planeten där geologiska bevis på tidig jord har bevarats, till stor del för att den inte har utsatts för geologiska processer som skulle ha förändrat den, som begravning och extrem uppvärmning på grund av platt-tektonisk aktivitet.
Men Schopfs tidigare tolkningar har bestridits. Kritiker hävdade att de bara är udda mineraler som bara ser ut som biologiska exemplar. Dock, Valley säger, de nya fynden ställer dessa tvivel till vila; mikrofossilerna är verkligen biologiska.
"Jag tror att det är klart " han säger.
Ett exempel på en av mikrofossilerna som upptäcktes i ett stenprov som återhämtats från Apex Chert, en bergformation i västra Australien som är bland de äldsta och bäst bevarade bergartarna i världen. Fossilerna beskrevs första gången 1993 men en studie från 2017 publicerad av UCLA och UW-Madison-forskare använde sofistikerad kemisk analys för att bekräfta att de mikroskopiska strukturerna som finns i berget verkligen är biologiska, gör dem - med 3,5 miljarder år - till de äldsta fossilerna som hittats. Upphovsman:J.William Schopf, UCLA
Med hjälp av en sekundär jonmasspektrometer (SIMS) vid UW-Madison kallad IMS 1280-ett av bara en handfull sådana instrument i världen-Valley och hans team, inklusive avdelningsgeovetare Kouki Kitajima och Michael Spicuzza, kunde separera kolet som komponerar varje fossil i dess isotoper och mäta deras förhållanden.
Isotoper är olika versioner av samma kemiska element som varierar i deras massa. Olika organiska ämnen - i sten, mikrobe eller djur - innehåller karakteristiska förhållanden för deras stabila kolisotoper.
Med hjälp av SIMS, Dals team kunde reta isär kol-12 från kol-13 i varje fossil och mäta förhållandet mellan de två jämfört med en känd kolisotopstandard och en fossilfri del av berget där de hittades.
"Skillnaderna i kolisotopförhållanden korrelerar med deras former, "Valley säger." Om de inte är biologiska finns det ingen anledning till en sådan korrelation. Deras C-13-till-C-12-förhållanden är karakteristiska för biologi och metabolisk funktion. "
Baserat på denna information, forskarna kunde också tilldela fossiler som är låsta inne i berget identiteter och sannolikt fysiologiskt beteende, Säger Valley. Resultaten visar att "dessa är en primitiv, men olika grupper av organismer, säger Schopf.
Teamet identifierade en komplex grupp av mikrober:fototrofa bakterier som skulle ha förlitat sig på solen för att producera energi, Archaea som producerade metan, och gammaproteobakterier som konsumerade metan, en gas tros vara en viktig beståndsdel i jordens tidiga atmosfär innan syre var närvarande.
Det tog Valley team nästan 10 år att utveckla processerna för att noggrant analysera mikrofossilerna - fossiler som denna gamla och sällsynta aldrig har utsatts för SIMS -analys tidigare. Studien bygger på tidigare prestationer vid WiscSIMS för att modifiera SIMS -instrumentet, att utveckla protokoll för provberedning och analys, och att kalibrera nödvändiga standarder för att så nära som möjligt matcha kolväteinnehållet med de intressanta proverna.
Apex Chert, en bergformation i västra Australien som är bland de äldsta och bäst bevarade bergartarna i världen. 1982, på webbplatsen på bilden här, ett team av geologer provade sten som slutligen befanns innehålla mikrofossiler av det äldsta liv som ännu beskrivits på jorden. På bilden är UW-Madison geovetenskapliga forskare på en utflykt till platsen 2010. Kredit:John Valley, UW-Madison
Som förberedelse för SIMS -analys, laget behövde noggrant slipa ner originalprovet så långsamt som möjligt för att avslöja själva de känsliga fossilerna - alla hängande på olika nivåer i berget och inneslutna i ett hårt lager av kvarts - utan att faktiskt förstöra dem. Spicuzza beskriver hur man gör otaliga resor upp och ner för trapporna på avdelningen som geovetenskapstekniker Brian Hess slipade och polerade varje mikrofossil i provet, en mikrometer i taget.
Varje mikrofossil är cirka 10 mikrometer brett; åtta av dem kunde passa längs bredden på ett människohår.
Valley och Schopf är en del av Wisconsin Astrobiology Research Consortium, finansierad av NASA Astrobiology Institute, som finns för att studera och förstå ursprunget, framtiden och livets natur på jorden och i hela universum.
Studier som den här, Schopf säger, indikerar att livet kan vara vanligt i hela universum. Men viktigast av allt, här på jorden, eftersom flera olika typer av mikrober visade sig finnas redan för 3,5 miljarder år sedan, den berättar att "livet måste ha börjat väsentligt tidigare - ingen vet hur mycket tidigare - och bekräftar att det inte är svårt för primitivt liv att bildas och utvecklas till mer avancerade mikroorganismer, säger Schopf.
Tidigare studier av Valley och hans team, från 2001, har visat att flytande vattenhav fanns på jorden redan för 4,3 miljarder år sedan, mer än 800 miljoner år innan fossilerna i denna studie skulle ha levt, och bara 250 miljoner år efter att jorden bildades.
"Vi har inga direkta bevis för att livet existerade för 4,3 miljarder år sedan, men det finns ingen anledning till att det inte kunde ha "säger Valley." Detta är något vi alla skulle vilja ta reda på. "
UW-Madison har ett arv från att driva tillbaka de accepterade datumen för tidigt liv på jorden. 1953, avlidne Stanley Tyler, en geolog vid universitetet som avled 1963 vid 57 års ålder, var den första personen som upptäckte mikrofossiler i prekambriska bergarter. Detta förde livets ursprung tillbaka mer än en miljard år, från 540 miljoner till 1,8 miljarder år sedan.
"Människor är verkligen intresserade av när livet på jorden först uppstod, "Valley säger." Denna studie var 10 gånger mer tidskrävande och svårare än jag först anade, men det blev verklighet på grund av många engagerade människor som har varit glada över detta sedan dag ett ... Jag tror att det kommer att göras mycket mer mikrofossilanalyser på prover av jorden och möjligen från andra planetkroppar. "
