Maapallon elämällä on ollut pitkä ja myrskyinen historia. Tutkijoiden mukaan noin 4 miljardia vuotta sitten, vain 500 miljoonaa vuotta Maapallon muodostumisen jälkeen, syntyi ensimmäiset yksisoluiset hengenmuodot. Archean Eonin (4–2,5 miljardia vuotta sitten) mukaan monisoluisten elämämuotojen uskotaan syntyneen. Vaikka tällaisten organismien (Archaea) olemassaolo on päätelty muinaisissa kiveissä löydetyistä hiili-isotoopeista, fossiilisia todisteita on jäänyt vaikeiksi.
Kaikki tämä on muuttunut UCLA: n ja Wisconsin-Madisonin yliopiston tutkijaryhmän äskettäin tekemän tutkimuksen ansiosta. Tutkittuaan Länsi-Australian muinaisia kivinäytteitä, ryhmä päätti, että ne sisälsivät 3,446 miljardin vuoden ikäisten erilaisten organismien fossiilisia jäänteitä. Yhdistettynä viimeaikaisiin eksoplaneettojen löytöihin, tämä tutkimus vahvistaa teoriaa siitä, että elämä on runsaasti universumissa.
Tutkimus, jonka otsikko on “SIMS-analyysit mikrofossiilien vanhimmasta tunnetusta kokoonpanosta dokumentoivat niiden taksonikorreloivia hiili-isotooppikoostumuksia”, ilmestyi äskettäin Kansallisen tiedeakatemian julkaisut. Kuten tutkimusryhmä ilmoitti, heidän tutkimuksensa koostui hiilen isotooppianalyysistä 11 mikrobifossiilille, jotka on otettu ~ 3,465 miljoonan vuoden ikäisestä Länsi-Australian Apex Chertistä.
Nämä 11 fossiilia olivat luonteeltaan erilaisia ja tutkijat jakoivat ne viiteen lajiryhmään niiden ilmeisten biologisten toimintojen perusteella. Vaikka kaksi fossiilinäytteistä näyttää suorittaneen primitiivisen muodon fotosynteesiä, toinen ilmeisesti tuotti metaanikaasua. Jäljelle jäävät kaksi ovat olleet metaanin kuluttajia, joita he käyttivät rakentamaan ja ylläpitämään soluseinänsä (aivan kuten nisäkkäät käyttävät rasvaa).
Kuten J. William Schopf - UCLA-yliopiston paleobiologian professori ja tutkimuksen pääkirjailija - ilmoitti UCLA Newsroomin lehdistötiedotteessa:
”Vuoteen 3,446 miljardia vuotta sitten elämä oli jo monimuotoista maan päällä; se on selvää - primitiiviset fotosyntetisaattorit, metaanin tuottajat, metaanin käyttäjät. Nämä ovat ensimmäiset tiedot, jotka osoittavat tuolloin hyvin monimuotoisia organismeja maan historiassa, ja aikaisempi tutkimuksemme on osoittanut, että rikkin käyttäjiä oli myös 3,4 miljardia vuotta sitten.
Tämä tutkimus, joka on kaikkien aikojen yksityiskohtaisin muinaisina fossiileina säilyneistä mikro-organismeista, perustuu tutkimukseen, jota Schopf ja hänen kumppaninsa ovat tehneet yli kahden vuosikymmenen ajan. Vuonna 1993 Schopf ja toinen tutkijaryhmä tekivät tutkimuksen, joka kuvasi ensin tämän tyyppisiä fossiileja. Tätä seurasi vuonna 2002 toinen tutkimus, joka perusti niiden biologisen alkuperän.
Tässä viimeisimmässä tutkimuksessa Schopf ja hänen tiiminsä selvittivät, millaisia organismeja ne ovat ja kuinka monimutkaisia ne ovat. Tätä varten he analysoivat mikro-organismit käyttämällä tekniikkaa nimeltä Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), joka paljastaa hiili-12: n hiili-13: n suhteen. Kun hiili-12 on stabiili ja luonnossa yleisimpiä tyyppejä, hiili-13 on vähemmän yleinen, mutta samalla tavoin vakaa isotooppi, jota käytetään orgaanisen kemian tutkimuksessa.
Erottamalla hiili jokaisesta fossiilista sen ainesosien isotoopeiksi ja määrittämällä niiden suhteet, ryhmä pystyi päättämään, kuinka kauan sitten mikro-organismit elivät ja kuinka ne elivät. Tämän tehtävän suorittivat Wisconsinin tutkijat, joita johti professori John Valley. "Hiili-isotooppisuhteiden erot korreloivat niiden muotojen kanssa", Valley sanoi. "Heidän C-13-C-12-suhteet ovat ominaisia biologialle ja metaboliselle toiminnalle."
Nykyisen tieteellisen konsensuksen mukaan edistynyt fotosynteesi ei ollut vielä kehittynyt ja happi ilmestyisi maan päälle vasta 500 miljoonaa vuotta myöhemmin. 2 miljardia vuotta sitten happeakaasupitoisuudet alkoivat nousta nopeasti. Tämä tarkoittaa, että nämä fossiilit, jotka olivat suunnilleen miljardi vuotta Maan muodostumisen jälkeen, olisivat asuneet aikaan, jolloin niiden atmosfäärissä oli vähän happea.
Koska happi olisi myrkyllistä tällaisille alkeellisille fotosyntetisaattoreille, ne ovat nykyään melko harvinaisia. Tosiasiassa niitä voi löytää vain paikoista, joissa on riittävästi valoa, mutta ei happea, jotain, jota löydetään harvoin yhdessä. Lisäksi kivet itse olivat herättäneet suurta mielenkiintoa, koska maan pinnalle altistuneiden kivien keskimääräinen elinikä on vain noin 200 miljoonaa vuotta.
Kun Shopf aloitti uransa, vanhimmat tunnetut rocknäytteet olivat 500 miljoonaa vuotta vanhoja. Tämä tarkoittaa, että fossiilisia kantavia kiviä, jotka hän ja hänen tutkitunsa joukkue ovat tutkineet, ovat niin vanhoja kuin kivet maan päällä voivat saada. Kivittyneen elämän löytäminen tällaisista muinaisista näytteistä osoittaa, että varhainen Archaen Eon oli jo kehittänyt maapallolle erilaisia organismeja ja elinkaaren, jota tutkijat epäilivät vain tähän saakka.
Näillä havainnoilla on luonnollisesti vaikutuksia tutkimukseen siitä, miten ja milloin elämä syntyi maan päälle. Maan ulkopuolella tutkimuksella on myös vaikutuksia, koska se osoittaa, että elämä syntyi, kun Maa oli vielä hyvin nuori ja primitiivisessä tilassa. Siksi ei ole epätodennäköistä, että vastaava prosessi on tapahtunut muualla maailmankaikkeudessa. Kuten Schopf selitti:
”Tämä kertoo meille, että elämän oli pitänyt alkaa huomattavasti aikaisemmin, ja se vahvistaa, että primitiivisen elämän ei ollut vaikea muodostaa ja kehittyä kehittyneemmiksi mikro-organismeiksi. Mutta jos olosuhteet ovat oikeat, näyttää siltä, että maailmankaikkeuden elämän pitäisi olla laajalle levinnyttä. "
Tämä tutkimus tehtiin mahdolliseksi NASA: n Astrobiologiainstituutin myöntämän rahoituksen ansiosta. Tulevaisuuteen katsoen Schopf ilmoitti, että samaa fossiilisten aineiden tähän mennessä käytettyä tekniikkaa käytetään todennäköisesti tutkimaan NASA: n miehistön Marsiin lähettämän kivin palauttamia kiviä. Suunniteltu vuodelle 2030, tämä tehtävä edellyttää hakemaan näytteitä Mars 2020 Rover ja tuomalla ne takaisin maan päälle analysoitavaksi.
