3770 миллионов лет назад Земля была совершенно другой. Растений и животных не было. Небо не было голубым. Поверхность напоминала голую каменистую пустошь. И все же именно в это время, как мы думаем, появилась первая жизнь. Глубоко в океане, возле горячих разломов на дне, известных как гидротермальные жерла. Горячие жидкости циркулировали через породы на дне океана, вынося железо и другие элементы из скал в окружающую воду. Химические вещества и энергия в этих средах идеально подходили для начала жизни.
Далее — рассказ ученого, которому принадлежит это открытие.
Чтобы проверить эту теорию, я и мои коллеги изучали древнюю группу пород на северо-востоке Канады, которая называется пояс Нувуагиттук и которой от 4280 миллионов до 3770 миллионов лет. В пределах этого пояса сохранились формации железа, сформированные в условиях, аналогичных современным гидротермальным жерлам. В нем мы нашли микрофоссилии, которые должны быть на 300 миллионов лет старше предыдущих древнейших из известных микрофоссилий из пород в западной Австралии, которым около 3500 миллионов лет. Возможно, открытые нами окаменелости — самые древние и говорят о самом древнем примере жизни на Земле.
Чтобы обнажить окаменелости, мы срезали настолько тонкие пластинки пород, что сквозь них можно было смотреть, и изучали их под микроскопом. В процессе этого мы нашли микроскопические нити и трубки из железа, диаметром в 5-10 микрон, меньше половины толщины человеческого волоса, и до половины миллиметра длиной. Эти нити и трубочки имели поразительное сходство с окаменелостями микробов в более молодых породах и с современными микробами также.
Особенности этих древних волокон, например их крепление к сгусткам железа, также похожи на те, что встречаются у современных микробов, которые используют эти сгустки, чтобы держаться за породы. Эти окисляющие железо микробы ловят железо, выходящее из подводных отверстий, чтобы использовать его в реакциях высвобождения химической энергии. Затем эта энергия используется для превращения углекислого газа из окружающей воды в органическое вещество, которое позволяет микробам расти.
Как мы узнали, что там будут окаменелости?
Когда мы нашли эти ископаемые структуры, мы знали, что они будут очень интересными и перспективными кандидатами для размещения микрофоссилий. Но нам нужно было продемонстрировать, что они действительно представляют собой именно это, что они биологические. Мы оценили все возможные сценарии образования трубок и нитей, в том числе химические градиенты в богатых железом гелях и метаморфических растяжений пород. Ни один из механизмов не подошел под сделанные нами наблюдения.
Затем мы взглянули на химические следы в породах, которые могли остаться от микроорганизмов. Мы обнаружили органическое вещество, сохранившееся в графите таким образом, что он указывал на формирование с участием микробов. Мы также нашли ключевые минералы, которые обычно производятся в процессе распада биологических материалов в отложениях, например карбонат и апатит (который содержит фосфор). Эти минералы также появляются в гранулированных структурах, которые обычно образуются в отложениях вокруг разлагающихся организмов и иногда сохраняют в себе структуры микроокаменелостей. Все эти независимые наблюдения стали сильным свидетельством в пользу биологического происхождения микроструктур.
И они продемонстрировали сильное биологическое присутствие в породах возрастом 3770–4280 миллионов лет, отодвинув дату появления самых первых известных микроокаменелостей на 300 миллионов лет. Чтобы вы понимали, если мы вернемся на 300 миллионов лет назад в прошлое, там даже динозавров не будет, они еще не появились.
Тот факт, что мы нашли эти формы жизни в отложениях в гидротермальных жерлах из такой ранней истории Земли, поддерживает давнюю теорию о том, что жизнь появилась в среде именно такого типа. Среда, в которой мы нашли эти микрофоссилии, а также их сходство с окаменелостями помоложе и современными бактериями, позволяют предположить, что их метаболизм на основе железа был одним из первых способов, при помощи которого жизнь пестовала себя на Земле.
Кроме того, не стоит забывать, что это открытие показывает нам, что жизни удалось завладеть Землей и быстро развиться в то время, когда на поверхности Марса была жидкая вода. Это оставляет нас с захватывающей возможностью того, что если условия на поверхности Марса и Земли были похожи, жизнь должна была появиться и на Марсе примерно 3770 миллионов лет назад. Или же Земля стала завидным исключением.