Questo campione di roccia è stato prelevato dall'Apex Chert, una formazione rocciosa nell'Australia occidentale che è tra i depositi rocciosi più antichi e meglio conservati del mondo, nel 1982 e presto si scoprì che conteneva prove di primi anni di vita sulla Terra. Uno studio pubblicato dagli scienziati dell'UCLA e dell'UW-Madison nel 2017 ha utilizzato sofisticate analisi chimiche per confermare che le strutture microscopiche trovate nella roccia sono effettivamente biologiche, rendendoli - a 3,5 miliardi di anni - i fossili più antichi mai trovati. Questa è la roccia dopo l'analisi nel laboratorio WiscSIMS. Credito:John Valley, UW-Madison
I ricercatori dell'UCLA e dell'Università del Wisconsin-Madison hanno confermato che i fossili microscopici scoperti in un pezzo di roccia di quasi 3,5 miliardi di anni nell'Australia occidentale sono i fossili più antichi mai trovati e in effetti la prima prova diretta della vita sulla Terra.
Lo studio, pubblicato oggi su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è stato guidato da J. William Schopf, professore di paleobiologia all'UCLA, e John W. Valley, professore di geoscienze all'Università del Wisconsin-Madison. La ricerca si è basata su nuove tecnologie e competenze scientifiche sviluppate dai ricercatori del laboratorio UW-Madison WiscSIMS.
Lo studio descrive 11 campioni microbici da cinque taxa separati, collegando le loro morfologie alle firme chimiche che sono caratteristiche della vita. Alcuni rappresentano batteri e microbi ormai estinti da un dominio della vita chiamato Archaea, mentre altri sono simili a specie microbiche ancora presenti oggi. I risultati suggeriscono anche come ciascuno possa essere sopravvissuto su un pianeta privo di ossigeno.
I microfossili, così chiamati perché non sono evidenti ad occhio nudo, sono stati descritti per la prima volta sulla rivista Science nel 1993 da Schopf e dal suo team, che li ha identificati basandosi in gran parte sull'unicità dei fossili, forme cilindriche e filamentose. Schopf, direttore del Centro per lo studio dell'evoluzione e l'origine della vita dell'UCLA, pubblicato ulteriori prove a sostegno delle loro identità biologiche nel 2002.
Ha raccolto la roccia in cui sono stati trovati i fossili nel 1982 dal deposito di selce Apex dell'Australia occidentale, uno dei pochi luoghi del pianeta in cui sono state conservate prove geologiche della Terra primitiva, soprattutto perché non è stato sottoposto a processi geologici che lo avrebbero alterato, come la sepoltura e il riscaldamento estremo dovuto all'attività tettonica delle placche.
Ma le precedenti interpretazioni di Schopf sono state contestate. I critici hanno sostenuto che sono solo strani minerali che sembrano solo campioni biologici. Però, Valle dice, le nuove scoperte mettono a tacere questi dubbi; i microfossili sono infatti biologici.
"Penso che sia deciso, " lui dice.
Un esempio di uno dei microfossili scoperti in un campione di roccia recuperato dall'Apex Chert, una formazione rocciosa nell'Australia occidentale che è tra i depositi rocciosi più antichi e meglio conservati del mondo. I fossili sono stati descritti per la prima volta nel 1993, ma uno studio del 2017 pubblicato dagli scienziati UCLA e UW-Madison ha utilizzato sofisticate analisi chimiche per confermare che le strutture microscopiche trovate nella roccia sono effettivamente biologiche, rendendoli - a 3,5 miliardi di anni - i fossili più antichi mai trovati. Credito:J. William Schopf, UCLA
Utilizzando uno spettrometro di massa di ioni secondari (SIMS) presso l'UW-Madison chiamato IMS 1280, uno dei pochi strumenti di questo tipo al mondo, Valley e il suo team, tra cui i geologi del dipartimento Kouki Kitajima e Michael Spicuzza, sono stati in grado di separare il carbonio che compone ogni fossile nei suoi isotopi costituenti e misurarne i rapporti.
Gli isotopi sono versioni diverse dello stesso elemento chimico che variano nelle loro masse. Diverse sostanze organiche, sia nella roccia, microbi o animali:contengono rapporti caratteristici dei loro isotopi stabili di carbonio.
Utilizzando SIM, Il team di Valley è stato in grado di separare il carbonio-12 dal carbonio-13 all'interno di ciascun fossile e misurare il rapporto tra i due rispetto a uno standard noto di isotopi di carbonio e una sezione senza fossili della roccia in cui sono stati trovati.
"Le differenze nei rapporti isotopici del carbonio sono correlate alle loro forme, "Dice Valley. "Se non sono biologici non c'è motivo per una tale correlazione. I loro rapporti C-13-C-12 sono caratteristici della biologia e della funzione metabolica".
Sulla base di queste informazioni, i ricercatori sono stati anche in grado di assegnare identità e probabili comportamenti fisiologici ai fossili rinchiusi all'interno della roccia, Valle dice. I risultati mostrano che "questi sono un primitivo, ma diversificato gruppo di organismi, "dice Schopf.
Il team ha identificato un complesso gruppo di microbi:batteri fototrofi che avrebbero fatto affidamento sul sole per produrre energia, Archaea che produceva metano, e gammaproteobatteri che consumavano metano, un gas ritenuto un importante costituente della prima atmosfera terrestre prima che fosse presente l'ossigeno.
Il team di Valley ha impiegato quasi 10 anni per sviluppare i processi per analizzare accuratamente i microfossili:fossili così antichi e rari non sono mai stati sottoposti ad analisi SIMS prima. Lo studio si basa sui precedenti risultati di WiscSIMS per modificare lo strumento SIMS, sviluppare protocolli per la preparazione e l'analisi dei campioni, e calibrare gli standard necessari per far corrispondere il più possibile il contenuto di idrocarburi ai campioni di interesse.
L'apice Chert, una formazione rocciosa nell'Australia occidentale che è tra i depositi rocciosi più antichi e meglio conservati del mondo. Nel 1982, nel sito nella foto qui, un team di geologi ha campionato la roccia che alla fine è stata trovata contenere microfossili della vita più antica mai descritta sulla Terra. Nella foto i ricercatori di geoscienze dell'UW-Madison durante una gita sul campo nel sito nel 2010. Credito:John Valley, UW-Madison
In preparazione per l'analisi SIMS, il team aveva bisogno di macinare faticosamente il campione originale il più lentamente possibile per esporre i delicati fossili stessi, tutti sospesi a diversi livelli all'interno della roccia e racchiusi in un duro strato di quarzo, senza effettivamente distruggerli. Spicuzza descrive i suoi innumerevoli viaggi su e giù per le scale del dipartimento mentre il tecnico di geoscienze Brian Hess macinava e lucidava ogni microfossile nel campione, un micrometro alla volta.
Ogni microfossile è largo circa 10 micrometri; otto di loro potrebbero adattarsi alla larghezza di un capello umano.
Valley e Schopf fanno parte del Wisconsin Astrobiology Research Consortium, finanziato dal NASA Astrobiology Institute, che esiste per studiare e capire le origini, il futuro e la natura della vita sulla Terra e in tutto l'universo.
Studi come questo, Schopf dice, indicano che la vita potrebbe essere comune in tutto l'universo. Ma soprattutto, qui sulla Terra, perché è stato dimostrato che diversi tipi di microbi erano già presenti 3,5 miliardi di anni fa, ci dice che "la vita doveva essere iniziata sostanzialmente prima - nessuno sa quanto prima - e conferma che non è difficile per la vita primitiva formarsi ed evolversi in microrganismi più avanzati, "dice Schopf.
Studi precedenti di Valley e del suo team, risalente al 2001, hanno dimostrato che gli oceani di acqua liquida esistevano sulla Terra già 4,3 miliardi di anni fa, più di 800 milioni di anni prima che i fossili del presente studio fossero vivi, e solo 250 milioni di anni dopo la formazione della Terra.
"Non abbiamo prove dirette che la vita sia esistita 4,3 miliardi di anni fa, ma non c'è motivo per cui non possa esistere, " dice Valley. "Questo è qualcosa che tutti vorremmo scoprire."
UW-Madison ha l'eredità di respingere le date accettate dei primi anni di vita sulla Terra. Nel 1953, il compianto Stanley Tyler, un geologo dell'università scomparso nel 1963 all'età di 57 anni, fu la prima persona a scoprire microfossili nelle rocce precambriane. Questo ha spinto le origini della vita indietro di più di un miliardo di anni, da 540 milioni a 1,8 miliardi di anni fa.
"Le persone sono davvero interessate a quando è emersa per la prima volta la vita sulla Terra, " Dice Valley. "Questo studio è stato 10 volte più lungo e più difficile di quanto immaginassi all'inizio, ma è venuto a buon fine grazie a molte persone dedicate che sono state entusiaste di questo fin dal primo giorno ... penso che molte più analisi dei microfossili saranno fatte su campioni della Terra e possibilmente da altri corpi planetari".
