Het leven op aarde heeft een lange en turbulente geschiedenis. Wetenschappers schatten dat ongeveer 4 miljard jaar geleden, slechts 500 miljoen jaar na de vorming van de planeet Aarde, de eerste eencellige levensvormen ontstonden. Door de Archean Eon (4 tot 2,5 miljard jaar geleden) wordt aangenomen dat er meercellige levensvormen zijn ontstaan. Hoewel het bestaan van dergelijke organismen (Archaea) is afgeleid uit koolstofisotopen die in oude rotsen zijn aangetroffen, is fossiel bewijs ongrijpbaar gebleven.
Dat is allemaal veranderd dankzij een recente studie uitgevoerd door een team van onderzoekers van UCLA en de University of Wisconsin – Madison. Na onderzoek van oude gesteentemonsters uit West-Australië, stelde het team vast dat ze de gefossiliseerde overblijfselen bevatten van diverse organismen die 3,465 miljard jaar oud zijn. Gecombineerd met de recente golf van ontdekkingen van exoplaneten, versterkt deze studie de theorie dat er in het heelal een overvloed aan leven is.
De studie, getiteld "SIMS-analyses van de oudst bekende verzameling microfossielen documenteren hun taxon-gecorreleerde koolstofisotopensamenstellingen", verscheen onlangs in de Proceedings van de National Academy of Sciences. Zoals het onderzoeksteam aangaf, bestond hun studie uit een analyse van koolstofisotopen van 11 microbiële fossielen afkomstig van de ~ 3.465 miljoen jaar oude West-Australische Apex Chert.
Deze 11 fossielen waren divers van aard en de onderzoekers verdeelden ze in vijf soortengroepen op basis van hun schijnbare biologische functies. Terwijl twee van de fossiele monsters een primitieve vorm van fotosynthese lijken te hebben uitgevoerd, heeft een ander blijkbaar geproduceerd methaangas. De overige twee lijken methaanverbruikers te zijn geweest, die ze gebruikten om hun celwanden op te bouwen en te onderhouden (net zoals zoogdieren vet gebruiken).
Zoals J. William Schopf - een professor in paleobiologie aan het UCLA College en de hoofdauteur van de studie - aangaf in een persbericht van de UCLA Newsroom:
“Tegen 3,465 miljard jaar geleden was het leven op aarde al divers; dat is duidelijk: primitieve fotosynthesizers, methaanproducenten, methaangebruikers. Dit zijn de eerste gegevens die de zeer diverse organismen in die tijd in de geschiedenis van de aarde laten zien, en ons eerdere onderzoek heeft aangetoond dat er 3,4 miljard jaar geleden ook zwavelgebruikers waren.
Deze studie, die de meest gedetailleerde is die ooit is uitgevoerd op micro-organismen die bewaard zijn gebleven als oude fossielen, bouwt voort op het werk dat Schopf en zijn medewerkers al meer dan twee decennia uitvoeren. In 1993 voerden Schopf en een ander team van onderzoekers een studie uit waarin deze soorten fossielen voor het eerst werden beschreven. Dit werd in 2002 gevolgd door een ander onderzoek dat hun biologische oorsprong onderbouwde.
In deze laatste studie hebben Schopf en zijn team vastgesteld wat voor soort organismen ze zijn en hoe complex ze zijn. Om dit te doen, analyseerden ze de micro-organismen met behulp van een techniek genaamd Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), die de verhouding koolstof-12 tot koolstof-13 onthult. Terwijl koolstof-12 stabiel is en het meest voorkomende type dat in de natuur voorkomt, is koolstof-13 een minder vaak voorkomende maar eveneens stabiele isotoop die wordt gebruikt in onderzoek naar organische chemie.
Door de koolstof van elk fossiel te scheiden in zijn samenstellende isotopen en hun verhoudingen te bepalen, kon het team concluderen hoe lang geleden de micro-organismen leefden en hoe ze leefden. Deze taak werd uitgevoerd door de onderzoekers van Wisconsin, die werden geleid door professor John Valley. "De verschillen in verhoudingen van koolstofisotopen correleren met hun vormen", zegt Valley. "Hun C-13-tot-C-12-verhoudingen zijn kenmerkend voor de biologie en de metabole functie."
Volgens de huidige wetenschappelijke consensus was geavanceerde fotosynthese nog niet geëvolueerd en zou zuurstof pas 500 miljoen jaar later op aarde verschijnen. Tegen 2 miljard jaar geleden begonnen de concentraties zuurstofgas snel toe te nemen. Dit betekent dat deze fossielen, ongeveer 1 miljard jaar na de vorming van de aarde, zouden hebben geleefd in een tijd dat er weinig zuurstof in de atmosfeer was.
Aangezien zuurstof giftig zou zijn voor dit soort primitieve fotosynthesizers, zijn ze tegenwoordig vrij zeldzaam. In werkelijkheid zijn ze alleen te vinden op plaatsen waar voldoende licht is maar geen zuurstof, iets wat zelden in combinatie voorkomt. Bovendien waren de rotsen zelf een grote bron van belangstelling, aangezien de gemiddelde levensduur van aan het aardoppervlak blootgestelde rotsen slechts ongeveer 200 miljoen jaar bedraagt.
Toen Shopf voor het eerst zijn carrière begon, waren de oudst bekende gesteentemonsters 500 miljoen jaar oud. Dit betekent dat de fossieldragende rotsen die hij en zijn team hebben onderzocht zo oud zijn als rotsen op aarde kunnen krijgen. Het vinden van gefossiliseerd leven in zulke oude monsters toont aan dat diverse organismen en een levenscyclus al op aarde waren geëvolueerd door de vroege Archaen Eon, iets wat wetenschappers tot nu toe alleen vermoedden.
Deze bevindingen hebben natuurlijk implicaties voor de studie van hoe en wanneer het leven op aarde is ontstaan. Beyond Earth, de studie heeft ook implicaties omdat het aantoont dat het leven ontstond toen de aarde nog erg jong en in een primitieve staat was. Het is daarom niet onwaarschijnlijk dat ergens anders in het heelal een soortgelijk proces heeft plaatsgevonden. Zoals Schopf uitlegde:
“Dit vertelt ons dat het leven aanzienlijk eerder had moeten beginnen en het bevestigt dat het voor primitief leven niet moeilijk was om zich te vormen en te evolueren naar meer geavanceerde micro-organismen. Maar als de omstandigheden goed zijn, lijkt het erop dat het leven in het universum wijdverbreid moet zijn. '
Deze studie is mogelijk gemaakt dankzij de financiering van het NASA Astrobiology Institute. Kijkend naar de toekomst, gaf Schopf aan dat dezelfde technologie die tot nu toe werd gebruikt met deze fossielen waarschijnlijk zal worden gebruikt om rotsen te bestuderen die zijn teruggebracht door NASA's bemande missie naar Mars. Deze missie is gepland voor de jaren 2030 en omvat het ophalen van monsters die zijn verkregen door de Mars 2020 Rover en ze terugbrengen naar de aarde voor analyse.
