«Виявлені ймовірні сліди життя віком 3,95 мільярда років»

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 75

Ріс. 1. Відкладення на півночі Лабрадора в Канаді (гранітоїдний блок Сеглек), в яких знайдені одні з найдавніших залишків материкових порід — віком 3,95 млрд років. a — пелітові відкладення, b — кварцитові конгломерати, c — карбонатні породи з включеннями кремнистих сланців, d — кремністі сланці. З усіх цих порід вдалося витягти органічні молекули і графіт і дослідити їх властивості. Фото з обговорюваної статті в Nature

Японські геологи продовжили вивчення найдавніших залишків континентальної кори, визначивши їх вік як 3,95 млрд років. З цих зразків були витягнуті органічні молекули, а також зерна графіту, для яких вимірено співвідношення легенів і важких ізотопів вуглецю. У всіх випадках легких ізотопів в органіці і графіті виявилося помітно більше, ніж у супутніх карбонатних мінералах. Автори роботи вважають, що це свідчить про біологічне фракціонування ізотопів вуглецю і, отже, можна стверджувати наявність життя на ранньоархейських континентах найглибшої давнини. Синхронність графітів з вміщуючими породами доводиться збігом температур кристалізації графітів і температур утворення характерних наборів мінералів, а також специфікою залягання шарів з графіками. Автори вважають, що хемогенне фракціонування малоймовірне, оскільки немає ніяких мінералів, що залишилися від необхідних для цього хімічних реакцій.

Пошук найдавніших слідів життя в сучасній науці вважається завданням першочергової важливості. Вона, очевидно, пов’язана із загадкою походження життя на планеті. Тут важливо не стільки висувати правдоподібні гіпотези, скільки знайти гідний уваги фактичний матеріал, та ще як слід опрацьований. На сьогоднішній день найбільш багатообіцяючими в цьому плані є найдавніші осадові породи Гренландії і північної Канади, вік яких визначений різними методами з відносною достовірністю як 3,7-3,95 млрд років (див. T. Komyia et al., 2015. Geology of the Eoarchean, > 3.95 Ga, Nulliak supracrustal rocks in the Saglek Block, northern Labrador, Canada: The oldest geological evidence for plate tectonics).

У цих найдавніших осадових шарах у різний час знаходили сліди присутності життя. Формація Ісуа (північна Гренландія, 3,8 млрд років) дала привід підозрювати біологічне фракціонування ізотопів вуглецю, виявлене при аналізі зерен графіту. У шарах формації віком 3,85 млрд років на острові Акіліа (Akilia, південна Гренландія) також виявлено сліди фракціонування ізотопів вуглецю в графітах, що було інтерпретовано як прояв життя. Ще одна спроба встановити за ізотопним складом вуглецю присутність життя в гренландських породах віком 3,75 млрд років пов’язана з дослідженням графітів формації Нуввуагіттук (Nuvvuagittuq; у ній, до речі, містяться найдавніші з відомих на сьогоднішній день залишків континентів віком 4,28 млрд років).

У кожному з цих випадків синхронність графітів з вміщуючими породами була так чи інакше оскаржена. Всі графіти визнані більш пізнім привносом з вищезгаданих шарів, а також результатом накладання наступних тектонічних подій (див., наприклад, C. M. Fedo, M. J. Wighthouse, 2002. Metasomatic origin of quartz-pyroxene rock, Akilia, Greenland, and implications for Earth’s earliest life). У зв’язку з цим цілком зрозумілий скептицизм, який супроводжує кожне нове повідомлення про «найдавніші сліди життя».

Недавнє повідомлення про знахідку строматолітоподібних утворень у формації Ісуа трохи знизило градус скептицизму (див. Знайдені строматоліти віком 3,7 млрд років — найдавніші сліди життя на Землі, «Елементи», 05.09.2016). Морфологія цих верствистих структур цілком узгоджується з характерними ознаками строматолітових наростань, так що вона цілком доказова. Щоправда, про жодні скам’янілі клітинні або позаклітинні утворення або про ознаки фракціонування ізотопів вуглецю в повідомленні не зазначено. Ймовірно, тому, що вони не були виявлені (будь по-іншому, про це написали б на першій сторінці). І графітових зерен там теж немає.

Журнал Nature дає можливість ознайомитися з новою спробою довести присутність життя в найдавніших осадових породах. Її зробили геологи з Японії (з Токійського університету, Університету Тохоку та Університету Кієку в Осаці). Їхня робота пов’язана з найдавнішими осадовими породами Лабрадора (блоки метаосадкових включень у більш молодих метаморфізованих блоках). Так, раніше вони з’ясували, що тут знаходяться найдавніші (3,95 млрд років) сліди руху материків (див. вже згадану статтю T. Komiya et al., 2015).

Прекрасний матеріал! Варто придивитися до нього на предмет слідів життя. У розпорядженні вчених були зразки з п’яти місцезнаходження, які датуються віком 3,8-3,95 млрд років. Три з п’яти місцезнаходження складені осадовими породами пелітового (в тому числі і глинистого) вигляду, ще в одному досліджувалися кварцитові конгломерати, і в останньому — кремністі включення в карбонатних вміщуючих шарах.

У тонких шліфах, зроблених для порід кожного з п’яти вивчених місцезнаходження, було видно не тільки звичайні в таких випадках мінерали — пірротин, гранат, кварц, біотит, — а й чорні зерна графіту різної форми (рис. 2). Ці графітові освіти асоціювалися з іншими мінеральними частинками: вони були присутні у вигляді включень (наприклад, у кварці або гранаті) або щільно прилягали до мінеральних частинок. Як правило, графіт може мати як біогенне, так і хемогенне походження. У першому випадку він повинен мати сильно полегшений ізотопний склад порівняно з іншими карбонатвмісними мінералами. Саме це і перевірили дослідники. Також їх цікавив ізотопний склад органічних молекул, розсіяних у цих породах.

Ріс. 2. Загальний вигляд шліфів з двох різних регіонів пояси найдавніших осадових порід Лабрадора. У шліфах позначені різні мінерали: пірротин (Po), гранат (Grt), кварц (Qtz), біотит (Bt), графіт (graphite). Графіт виглядає як чорні включення різної форми. Зображення з обговорюваної статті в Nature

На малюнку 3 показано вимірювання ізотопного складу органічного вуглецю в породах. Розкид у вимірах вийшов різним, і максимальний він для зразків пелітових шарів. Важливо, що ізотопні співвідношення у всіх випадках показали явно підвищену частку легкого ізотопу вуглецю ¹²S в органічних сполуках порівняно з неорганічним вуглецем карбонатних матеріалів. Так що цілком можливо і біологічне походження цих органічних молекул.

Ріс. 3. Розподіл ізотопного складу органічного вуглецю в різних осадових утвореннях: карбонатних породах (блакитний), кремнистих жовваках (сірий), пелітових відкладеннях (що містять шаровисті мінерали, коричневий) і кварцитових конгломератах (червоний). Щоб зробити вимірювання, органічний вуглець був екстрагований зі зразків з відносно високим вмістом графіту, а графітові зерна досліджувалися окремо. Отримані розподілі порівнюються з ізотопним складом органічного вуглецю з формації Ісуа. Також у нижній панелі показана теоретична амплітуда ізотопного зрушення при різних метаболічних процесах. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Але тепер отримані розподілу слід порівняти з даними по графітовим зернам: в яку частину розподілів вони потрапляють?

Ріс. 4. Графітові зерна з різних осадових утворень. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Для зразків пелітових порід ізотопний склад графітів і органічних молекул виявився більш-менш схожим. Зате в кварцитових конгломератах ці показники помітно різнилися: у графітах були суттєво нижчі значення. Цифри такі: у конгломератах _ 10,3, для органічного вуглецю і від _ 26,1, до _ 33,6, для зерен графіту; у пелітових мінералах — 28,2 — для органічних молекул і від — 19,3 — до — 30,8 — для зерен графіту. Знову ж таки, є підстави підозрювати тут дію «живих сил».

Тепер, отримавши підтвердження, що і органічні молекули, і, тим більше, графіти мають полегшений ізотопний склад вуглецю, потрібно підтвердити синхронність органічних матеріалів і графіту з вміщуючими породами. Крім того, добре б прикинути і вік самих графітів.

Для цього автори роботи застосували відомі прийоми, благо зразки для цього підходили. По-перше, розглянули, при яких температурах складався той набір мінералів, який вони визначили в породах (зокрема, відносний хімічний склад гранатів і біотиту служить хорошим геотермометром). Середні оцінки склали від 585 до 800 ° C для різних шарів (рис. 5). Визначили також і температуру кристалізації графіту у відповідних зразках: вона дала діапазон середніх значень 563-650 ° C.

Ріс. 5. Модельні температури, розраховані за мінералами вміщуючих порід (рожеві смуги) і оцінки температур для зерен графіту в пелітових породах (є дані і для інших місцезнаходження, вони гірше узгоджуються один з одним). Стрілки використовуються в тих випадках, коли немає можливості отримати верхню межу температурного діапазону — тоді вказано середнє для графіту значення 650 ° C. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Так що температури утворення характерних мінералів і кристалізації графіту приблизно схожі для чотирьох з п’яти місцезнаходження. Отже, вони повинні бути синхронні.

Вік графітів безпосередньо визначити неможливо. Але автори роботи, спираючись на особливості залягання порід, доходять висновку, що пізній привнос органічного матеріалу можна виключити. Також вони вважають малоймовірним, що фракціонування ізотопів вуглецю відбувалося в результаті хімічних реакцій, так як ніяких ознак можливих субстратів і продуктів таких реакцій вони не виявили.

Результати цієї роботи змушують не стільки з радістю констатувати доказ раннього життя, скільки задуматися ще раз про ті методи і логічні конструкції, якими ми вміємо (чи вміємо?) користуватися. Чому в тих місцях, де є морфологічні ознаки бактеріального життя, немає ознак полегшених ізотопів вуглецю, і навпаки, там, де є полегшений вуглець, немає морфологічних структур, що вказують на клітинне життя? Чому автори роботи порівнюють свої дані з вуглецевими показниками в Ісуа, хоча існує відомий скептицизм щодо їх генезису? І чому дані по розподілу ізотопів вуглецю в блоці Сеглек виявилися настільки схожими на Ісуа, повторивши в цьому розподілі навіть два піку замість одного? Чи це означає, що критика геологами гіпотез походження графітів Ісуа не стовідсотково обґрунтована? Або для блоку Сеглек обґрунтування недостатньо надійні? Автори цієї роботи всі ці питання не обговорюють, тож читачам доведеться мучитися ними самостійно, використовуючи власні знання та власні переконання.

Однак у будь-якому випадку важливо, що є фактичний матеріал з підозрілим «біологічним підписом», справжність якого належить серйозно обговорити.

Джерело: Takayuki Tashiro, Akizumi Ishida, Masako Hori, Motoko Igisu, Mizuho Koike, Pauline Méjean, Naoto Takahata, Yuji Sano, Tsuyoshi Komiya. Early trace of life from 3.95 Ga sedimentary rocks in Labrador, Canada // Nature. 2017. DOI: 10.1038/nature24019.

Олена Наймарк