Upptäckten ger en ny karaktäristisk "biosignatur" för att spåra resterna av forntida liv bevarade i stenar som har förändrats avsevärt under miljarder år och kan hjälpa till att identifiera liv på andra håll i solsystemet.

Forskningen, publicerad i två tidningar — en i Journal of the Geological Society och en till in Earth and Planetary Science Letters – löser det långvariga problemet med hur forskare kan spåra rekord av liv på jorden i högt metamorfoserade bergarter mer än 3, 700 miljoner år gammal, med organiskt material som ofta förvandlas till det kolbaserade mineralet grafit.

I den första studien, publiceras i Earth and Planetary Science Letters , teamet analyserade tio stenprover av banderade järnformationer (BIF) från Kanada, Indien, Kina, Finland, USA och Grönland sträcker sig över 2, 000 miljoner år av historia.

De hävdar att kol konserverat i grafitliknande kristaller - "grafitkol" - beläget vid sidan av mineraler som apatit, som våra tänder och ben är gjorda av, och karbonat, är biosignaturerna för de äldsta livsformerna på jorden.

"Livet på jorden är helt kolbaserat och över tid, det sönderdelas till olika ämnen, som karbonat, apatit och olja. Dessa fastnar i lager av sedimentärt berg och så småningom blir oljan grafit under efterföljande metamorfos i skorpan, " förklarade Dr Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, Centre for Planetary Sciences och London Centre for Nanotechnology).

"Vår upptäckt är viktig eftersom det diskuteras hett huruvida sambandet mellan grafit och apatit tyder på ett biologiskt ursprung för kolet som finns i gamla bergarter. Vi har nu flera strängar av bevis för att dessa mineralföreningar är biologiska i bandformade järnformationer. Detta har enorma konsekvenser för hur vi bestämmer ursprunget för kol i prover av utomjordiska bergarter som returneras från andra håll i solsystemet."

Teamet undersökte sammansättningen av BIF-stenar eftersom de nästan alltid är i prekambrisk ålder (4, 600 miljoner år gamla till 541 miljoner år gamla) och registrera information om de äldsta miljöerna på jorden.

För detta, de analyserade sammansättningen av stenar från 1, 800 miljoner år gammal till mer än 3, 800 miljoner år gammal med en rad metoder som involverar fotoner, elektroner, och joner för att karakterisera sammansättningen av grafit och andra mineraler av potentiellt biogent ursprung.

"Tidigare, det antogs att hitta apatit och grafit tillsammans i gamla bergarter var en sällsynt företeelse, men denna studie visar att det är vanligt förekommande i BIF över en rad metamorfa bergarter, " sa teammedlemmen Dr. Matthew Dodd (UCL Earth Sciences och London Centre for Nanotechnology).

Apatit- och grafitmineralerna tros ha två möjliga ursprung:mineraliserade produkter av ruttnat biologiskt organiskt material, som inkluderar nedbrytning av molekyler i olja vid höga temperaturer, eller bildning genom icke-biologiska reaktioner som är relevanta för kemin av hur liv uppstod ur icke-levande materia.

Genom att visa bevis för den utbredda förekomsten av grafitkol i apatit och karbonat i BIF tillsammans med dess kol-isotopsammansättning, forskarna drar slutsatsen att mineralerna mest överensstämmer med ett biologiskt ursprung från resterna av jordens äldsta livsformer.

För att undersöka i vilken utsträckning högtemperaturmetamorfism orsakar en förlust av molekylär, elementära och isotopsignaturer från biologisk materia i bergarter, de analyserade samma mineraler från en 1, 850 miljoner år gammal BIF-sten i Michigan som hade metamorfoserats i 550 graders värme.

I denna andra studie, publiceras idag i Journal of the Geological Society , teamet visar att flera biosignaturer finns i det grafitiska kolet och den tillhörande apatiten, karbonat och leror.

De använde en mängd högteknologiska instrument för att upptäcka spår av nyckelmolekyler, element, och kolisotoper av grafit och kombinerade detta med flera mikroskopitekniker för att studera små föremål fångade i stenar som är osynliga för blotta ögat.

Tillsammans, alla deras observationer av sammansättningen överensstämmer med ett ursprung från sönderfallen biomassa, som t.ex. forntida djurfossil på museer, men som har förändrats kraftigt av höga temperaturer.

"Våra nya data ger ytterligare bevis för att grafit associerad med apatit i BIF sannolikt är biologiskt ursprung. Dessutom, genom att ta en rad observationer från hela den geologiska registreringen, vi löser en långvarig kontrovers om ursprunget till isotopiskt lätt grafitkol med apatit i den äldsta BIF, " sa Dr. Papineau.

"Vi har visat att biosignaturer finns i mycket metamorfoserade järnformationer från Grönland och nordöstra Kanada som är mer än 3, 850 miljoner år gammal och härstammar från början av sedimentära bergarter."