Podpisywanie na początku życia? Jeśli w starożytnej skale pojawią się kuliste kryształy pirytu, może to wskazywać na ślady starożytnego życia. Eksperyment wykazał, że takie piryty w kształcie jagód powstają tylko wtedy, gdy biologicznie wytworzony magnetyt reaguje z bogatą w siarkę gorącą wodą źródlaną. Kule pirytowe są zatem biosygnaturą, która może pomóc w rozróżnieniu prawdziwych śladów wczesnego życia od minerałów powstałych geochemicznie.

Kiedy i gdzie po raz pierwszy pojawiło się życie na Ziemi? Nie jest to jeszcze jasne, ponieważ prawie nie ma widocznych skamieniałości, a pierwsze komórki nie zachowały się. Dlatego paleontolodzy opierają się na dowodach pośrednich, w tym na drobnych skamieniałościach w kształcie komórek lub związkach chemicznych, które zazwyczaj tworzą organizmy biologiczne. Problem polega jednak na tym, że wiele z tych cząsteczek i minerałów może również powstawać w sposób abiotyczny, co wprowadza badaczy w błąd.

Od magnetytu do pirytu

Mineralny piryt (FeS), występujący w głębinowych gorących źródłach, jest potencjalnym biosygnałem wczesnego życia.₂) – zwane także „złotem głupców”. Ten kompleks żelaza i siarki może pochodzić geochemicznie, ale także wtórnie z biogennego magnetytu (Fe₃Hej₄). Ten tlenek żelaza jest wytwarzany przez niektóre archeony i bakterie, które redukują żelazo w ramach metabolizmu.

Biosynteza magnetytu jest dziś szeroko rozpowszechniona wśród organizmów jednokomórkowych w kominach hydrotermalnych na dnie morskim – gorących źródłach uznawanych za możliwą kolebkę życia. Problem polega jednak na tym, że magnetyt nie utrzymuje się długo w obszarze wokół kominów morskich, ponieważ reaguje z płynami zawierającymi siarkę zawartymi w płynach hydrotermalnych, tworząc piryt. Jeśli chodzi o piryt, nadal trudno jest określić, czy minerał ten powstał biotycznie, czy abiotycznie.

Źródło hydrotermalne w laboratorium

Ale teraz Eric Runge z Uniwersytetu w Tybindze i jego współpracownicy odkryli cechę, która wskazuje na prehistoryczne pochodzenie pirytu. Na potrzeby badań zespół odtworzył w laboratorium interakcję magnetytu z płynami bogatymi w siarkę w gorących źródłach. W tym celu stworzyli mieszaninę wody morskiej o temperaturze około 80 stopni i niskiej zawartości tlenu, której skład był podobny do kominów hydrotermalnych na prehistorycznej Ziemi.

Następnie badacze dodali do tej mieszaniny dwa różne rodzaje magnetytu: magnes wytwarzany wyłącznie abiotycznie w wyniku reakcji chemicznej oraz odmianę magnetytu wytwarzaną biologicznie przez bakterie redukujące żelazo Geobacter siarkowereducens. Obydwa podejścia inkubowano w tych samych warunkach przez kilka dni. Runge i jego zespół zbadali następnie, co stało się z magnetytem i w jakiej formie tworzy się piryt.

Kostki, rozgałęzione gałęzie i sękate kulki

Wynik: „Zaobserwowaliśmy, że zarówno magnetyt niebiologiczny, jak i biologiczny, w dużej mierze rozpuścił się w ciągu kilku godzin” – mówi Runge. Jednakże dokładne analizy przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego wykazały, że formy krystaliczne pirytu tworzącego magnetyt znacznie się od siebie różnią: piryt wraz ze swoim abiotycznym przodkiem magnetytu rozwinął rozgałęzione kryształy pirytu w kształcie choinki lub zwarte kostki.

Inaczej było w przypadku pirytu, który składa się z magnetytu biogennego: tworzył on bardziej kuliste struktury. „Struktura tego kulistego pirytu jest podobna do struktury morwy” – wyjaśnia kolega Runge, Andreas Kapler. „Powstaje w ten sposób tylko wtedy, gdy pierwotny magnetyt został utworzony przez bakterie redukujące żelazo”. Zazwyczaj pierwsze „maliny” pirytu pojawiały się po około trzech tygodniach inkubacji w ciepłej wodzie morskiej zawierającej siarkę.

Piryt podobny do jagód jako biosygnatura

„Wykazujemy, że reakcja biogennego magnetytu z wodą hydrotermalną zawierającą siarkę może prowadzić do powstania pirytu przypominającego jagody” – napisali naukowcy. Ponieważ ta charakterystyczna forma minerału nie powstaje w sposób abiotyczny, może służyć jako skamieniały dowód wczesnego życia bakterii — „szczególnie w najstarszych skałach na naszej planecie, które powstały w wyniku gorących źródeł” – mówi Kapler.

„Badania nad biosygnaturami nie polegają jedynie na rozszyfrowaniu historii życia na Ziemi” – podkreśla starszy autor Jan-Peter Duda z Uniwersytetu w Tybindze. Te wskaźniki molekularne są również istotne w poszukiwaniu życia pozaziemskiego. „Gorące źródła, podobne do tych znajdujących się w głębinach morskich, mogą istnieć na przykład na księżycu Saturna, Enceladusie” – mówi Duda. „Badania takie jak nasze stanowią podstawę do poznania ich skutków”. (Komunikacja Ziemia i środowisko, 2024; doi: 10.1038/s43247-024-01400-z)

Źródło: Uniwersytet Eberharda Karlsa w Tybindze

17 maja 2024 – Nadia Podbrigar