Molekylära klockdatum för de första djuren att gå på jorden stämmer inte överens med fossilregistret. Att jämföra det olika DNA från två olika arter och extrapolera hur lång tid det skulle ta för dem att mutera från en gemensam förfader tyder på att djur existerade för 833-650 miljoner år sedan, men de äldsta djurfossilen som hittills upptäckts går bara tillbaka 580 miljoner år. En förklaring är brister i fossilregistret - djur fanns, men stenarna och miljön var inte lämpliga för fossilisering förrän för bara 580 miljoner år sedan. Nu, energidispersiv röntgenspektroskopi och högupplöst infraröd spektroskopi har identifierat mineralerna i lerstenarna runt forntida mikrofossiler, ge insikter i deras bildande vilket tyder på att de rätta förutsättningarna för fossilisering fanns långt innan de första djurfossilen som hittills hittats började bildas. Resultaten kan också antyda hur man bäst letar efter bevis på liv på Mars.

Djur är en relativt ny utveckling på jorden, föregick av cirka 3,5 till 4 miljarder år av mikrober. "Sedan, strax före de senaste 500 miljoner åren, saker blir plötsligt stora, och vi får djur för första gången, " säger Ross Anderson, en forskare i geovetenskap vid University of Oxford i Storbritannien. Hans ansträngningar att förstå dessa händelser ledde honom till att leta efter fossiler av mikroskopiska organismer som är mer än 500 miljoner år gamla som föregick denna "kambriska explosion" av större livsformer.

Under en lång tid, experter hade antagit att det inte fanns några uppgifter om livet före explosionen i Kambrium. Upptäckten på 1950-talet av "mikrofossiler" som föregick större fossiler i en flintasträcka i Kanada - Gunflint chert - ledde till jakten på fler mikrofossiler. Konserveringsprocesserna i cherts och fosfater är välkända, men det visade sig att de allra flesta mikrofossiler hittades i lersten, och deras bildningsprocesser var fortfarande oklara, liksom orsakerna till att vissa lerstenar innehöll mikrofossiler medan andra inte gjorde det. "Vi undrade, "finns det en kemi hos dessa lerstenar som är ganska exakt och som skulle vara karakteristisk för de stenar där vi kommer att hitta fossilerna?" säger Ross.

Fossil av större djur har också hittats i yngre lerstenar, och dessa inkluderar djur som saknar hårda skelett eller skal, som är resistenta mot förfall. Upptäckten av flera av dessa fossil i en stensträcka i Kanada som heter Burgess Shale skapade ett antal hypoteser om processerna som bildar dessa större fossiler. En teori är att dessa fossiler bildas i lerstenar genom en polymerisationsprocess som liknar garvning av läder. Lermineraler i lerstenen binder sig till det organiska materialet i det döda djuret och polymeriserar, gör dess mjuka vävnader mer motståndskraftiga mot förfall. Men de bakterier och alger som finns bevarade i mikrofossiler är gjorda av olika organiska material, så det var tveksamt att samma processer skulle gälla.

Några år sedan, Anderson och hans kollegor hade experimenterat med att odla de bakterier som orsakar sönderfall i olika lerstensämnen. De fann att lermineralet kaolinit - ett aluminosilikat - hämmade bakteriernas tillväxt, som också skulle kunna bidra till att bevara döda djur. Medan information om mineralogin kring fossiler av stora djur i lersten är långt ifrån fullständig, vad som är känt stödde uppfattningen att kaolinit spelade en roll i deras bevarande och till och med kan vara involverad i polymerisationsprocessen. Anderson och hans kollegor undrade om kaolinit kunde finnas i lerstenarna som hyser mikrofossiler, hjälper till att bevara dessa mikroorganismer, för. Utmaningen var att identifiera mineralerna direkt intill cellväggen i dessa små, sällsynta mikrofossiler för att se om de bevarades genom samma processer.

Genom att skära mikroskopiska skivor över bergskiktet som hyser mikrofossilen och sedan ett vertikalt snitt genom mikrofossilen, de kunde urskilja en halo av mineral som var några mikrometer tjock runt mikrofossilen. Från energidispersiva röntgenspektra, de kunde identifiera att aluminium fanns i glorin, men de kunde inte bekräfta det exakta mineralet. Infraröda spektraldata ger information om hur molekyler i provet kan vibrera eller på annat sätt reagera på infallande infraröd strålning, ger mineralets exakta identitet. Dock, spektra av olika leror är mycket lika, och högupplösta spektra och följaktligen en hög signal krävs för att skilja dem åt. För detta, forskarna tog dem till synkrotronen vid Diamond Light Source, där de högupplösta infraröda spektra bekräftade att halo var kaolinit.

Halo implikationer

Resultaten tyder på att samma processer bevarade pre-kambriska mikrober som senare större djur. "Så det faktum att det inte finns några djur i de 800 miljoner år gamla stenarna, även om de har samma typ av bevarande - allt du hittar är bakterier eller alger som analyserats - det skulle tyda på att djur verkligen inte har utvecklats vid den tiden, säger Andersson.

Dessutom, resultaten riktar ansträngningar för att hitta fossiler från tidigt liv till tropiska regioner, där det finns mer kaolinit. Det kan också ge tips om tecken på liv längre bort. Eftersom kaolinitkonserveringsprocessen gäller ett så brett spektrum av organismer, inklusive mikroorganismer, det verkar vara en lovande undersökningslinje i jakten på fossiliserat utomjordiskt liv, som gillar livet på jorden under de första 3,5 till 4 miljarder åren, kan ha varit mikrobiell, för. "Om livet sannolikt var mikrobiellt och vi vill leta efter dess spår på Mars, då förstår vi bättre hur man letar efter fossiliserade mikroorganismer, säger Andersson.

© 2020 Science X Network