Att söka efter tecken på gammalt mikrobiellt liv i den geologiska historien är utmanande på grund av nedbrytning av det primära organiska materialet. Därför, bevis på biogent ursprung är ofta beroende av kemiska signaturer som mikroorganismer lämnar efter sig. En ny studie av mineraler i bergsprickor presenterar kemiska signaturer som är tydliga bevis på utbredda gamla livsprocesser i den energifattiga kontinentalskorpan. Mer viktigt, studien utökar kraftigt den kända kemiska variationen av svavel, en av nyckelelementen i mikrobiella metabolism. Detta ger nya ledtrådar till vilken typ av kemiska signaturer man kan förvänta sig av livet i extrema miljöer, inklusive sökning efter liv på andra planeter.

En stor del av den biologiska aktiviteten på jorden är gömd under jorden ner till flera kilometers djup i en miljö som myntade den "djupa biosfären". Studier av livsformer i detta mörka anoxiska system har konsekvenser för hur livet har utvecklats under förhållanden som vi anser vara extrema. Det ger också en fingervisning om hur livet kan ha utvecklats på andra planeter där fientliga förhållanden hämmar kolonisering av ytmiljön. Kunskapen om forntida liv i denna miljö djupt under våra fötter är fortfarande extremt knapp.

Att söka efter tecken på uråldrigt liv på jorden i den geologiska historien är ofta utmanande eftersom det primära organiska materialet har blivit helt eller helt nedbrutet. I dessa situationer, beviset på biogent ursprung bygger på geokemiska signaturer som mikroorganismer lämnar efter sig, eller till morfologiska former av mineraliserade mikrobiella rester. På jakt efter liv på andra planeter, som på Mars, samma utmaningar kan förväntas och det är därför viktigt att veta vilken typ av kemiska signaturer man kan förvänta sig av livet i extrema miljöer.

I många sprickor ner till 1700 meters djup som delvis har förseglats av kristaller som odlats i dem, ett team av forskare under ledning av doktor Henrik Drake från Linnéuniversitetet, Sverige, har spårat gamla mikrobiella processer, dominerande fokus på mikrober som omvandlar sulfat till sulfid i deras metabolism. Det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet omfattade mikroskalamätning och avbildning av svavel i kombination med geokronologi inom mineraler som bildades som svar på mikrobiell aktivitet vid flera svenska granitiska bergarter. Detta är den mest omfattande studien av denna process i kontinentalskorpan än så länge och resultaten tyder på att processen har varit utbredd i tid och rum i berggrunden.

Henrik Drake förklarar hur de utnyttjade det kemiska arkivet för mineraler för att dechiffrera gamla mikrobiella processer:

"Det är välkänt från andra miljöer att när mikroorganismer använder sulfat i sin ämnesomsättning producerar de mineraler som har en karakteristisk svavelsammansättning. Faktum är att relativ förekomst av olika svavelatomer (isotoper) är bland de mest använda geokemiska verktygen för att spåra mikrobiella processer i den geologiska registret. Våra mikroanalyser inom kristaller av sulfidmineralpyriten visade den mest extrema svavelisotopkomposition som någonsin registrerats på jorden. "

"Dessa signaturer är definitiva bevis på gamla livsprocesser i kontinentalskorpan, men ännu viktigare expanderar de kraftigt den kända isotopvariationen av sulfidmineraler som produceras efter mikrobiella metabolismer. I mer detalj, intervallet för förhållandet mellan svavelisotoper ³⁴ S till ³² S var så stort som -54 till +132 per mil (normaliserat till CDT -standarden). Anpassning till energisvaga förhållanden, långsam metabolism och fullständig utmattning av det tillgängliga lösta sulfatet när det rör sig genom spricksystemet är förklaringar till de exceptionella värdena. "

Christine Heim från universitetet i Göttingen, Tyskland, medförfattare till studien, säger:

"Förutom isotopsignaturerna hittade vi biomarkörer av gamla organiska rester av ytligt ursprung (t.ex. markväxter) bevarade inom mineralbeläggningarna på stort djup. En koppling till ytbiosfären är därmed uppenbar och kan förklara varför tecken på mikrobiell aktivitet plötsligt försvinner på cirka 1000 meters djup. "

Direkta tidsbegränsningar underlättas av nyutvecklade dateringstekniker som avslöjades när de biologiska aktiviteterna startade-för 360-400 miljoner år sedan. Djupt liv i den energifattiga kontinentalskorpan har uppenbarligen trivts över evigheter, som är relevant information när man letar efter liv i liknande underjordiska inställningar på andra planeter. Henrik Drake sammanfattar:

"Vår metod med flera metoder har gjort oss medvetna om att biologiska signaturer i extrema miljöer kan skilja sig från vad vi förväntade oss tidigare, och skulle därför vara mycket lämplig för undersökning av utomjordiska miljöer. "

Medförfattare Martin Whitehouse från Naturhistoriska riksmuseet tillägger:

"Möjligheten att snabbt mäta svavelisotoper vid hög rumslig upplösning med jonmikroprob möjliggör en bättre uppskattning av både intervallet och fördelningen inom enstaka pyritkristaller. Det är spännande att våra tidigare studier av samma spricksystem hittade de mest variabla kolisotopkompositionerna i karbonatmineraler som ännu finns registrerade på jorden. Vi kan därför dra slutsatsen att vår utforskning av forntida liv i sprickor av terrestriska magmatiska bergarter kommer att förändra hur vi ser på geokemiska proxies för mikrobiell aktivitet i extrema miljöer. "

Resultaten presenteras i artikeln "Oöverträffad ³⁴ S-anrikning av pyrit bildad efter minskning av mikrobiell sulfat i frakturerade kristallina bergarter "i tidskriften Geobiologi (publicerad online 26 juni, 2018).