Le date dell'orologio molecolare per i primi animali che hanno camminato sulla Terra non corrispondono ai reperti fossili. Confrontando il DNA disparato di due specie diverse e estrapolando quanto tempo impiegherebbero a mutare da un antenato comune suggerisce che gli animali esistevano 833-650 milioni di anni fa, ma i fossili animali più antichi scoperti finora risalgono solo a 580 milioni di anni. Una spiegazione sono le carenze nella documentazione fossile:gli animali sono esistiti, ma le rocce e l'ambiente non erano adatti alla fossilizzazione fino a soli 580 milioni di anni fa. Ora, La spettroscopia a raggi X a dispersione di energia e la spettroscopia a infrarossi ad alta risoluzione hanno identificato i minerali nelle pietre fangose ​​intorno a antichi microfossili, fornendo approfondimenti sulla loro formazione, suggerendo che le condizioni giuste per la fossilizzazione esistevano molto prima che iniziassero a formarsi i primi fossili animali trovati finora. I risultati potrebbero anche suggerire il modo migliore per cercare prove di vita su Marte.

Gli animali sono sviluppi relativamente recenti sulla Terra, predata da circa 3,5 a 4 miliardi di anni di microbi. "Quindi, poco prima degli ultimi 500 milioni di anni, le cose si fanno improvvisamente grandi, e otteniamo animali per la prima volta, "dice Ross Anderson, un ricercatore in Scienze della Terra presso l'Università di Oxford nel Regno Unito. I suoi sforzi per comprendere questi eventi lo hanno portato a cercare i fossili di organismi microscopici di oltre 500 milioni di anni che precedono questa "esplosione cambriana" di forme di vita più grandi.

Per molto tempo, gli esperti avevano ipotizzato che non esistesse alcuna traccia di vita prima dell'esplosione del Cambriano. La scoperta negli anni '50 di "microfossili" che precedono fossili più grandi in un tratto di selce in Canada - la selce Gunflint - ha spinto la caccia a più microfossili. I processi di conservazione in selci e fosfati sono ben compresi, ma si è scoperto che la stragrande maggioranza dei microfossili è stata trovata in fango, e i loro processi di formazione erano ancora poco chiari, così come le ragioni per cui alcune pietre fangose ​​ospitavano microfossili mentre altre no. "Ci siamo chiesti, 'c'è una chimica di queste pietre fangose ​​che è abbastanza precisa e sarebbe caratteristica delle rocce dove troveremo i fossili?'" dice Ross.

Fossili di animali più grandi sono stati trovati anche in argille più giovani, e questi includono animali che mancano di scheletri o conchiglie dure, che sono resistenti alla decomposizione. La scoperta di molti di questi fossili in un tratto di pietra in Canada chiamato Burgess Shale ha generato una serie di ipotesi sui processi che formano questi fossili più grandi. Una teoria è che questi fossili si formino nelle pietre fangose ​​attraverso un processo di polimerizzazione che ricorda la concia della pelle. I minerali argillosi nella pietra fangosa si legano alla materia organica dell'animale morto e polimerizzano, rendendo i suoi tessuti molli più resistenti alla decomposizione. Ma i batteri e le alghe conservati nei microfossili sono costituiti da diversi materiali organici, quindi era dubbio che si sarebbero applicati gli stessi processi.

Alcuni anni fa, Anderson e i suoi colleghi avevano sperimentato la crescita dei batteri che causano il decadimento in diverse sostanze di pietra fangosa. Hanno scoperto che il minerale argilloso caolinite, un alluminosilicato, inibisce la crescita dei batteri, che potrebbe anche aiutare a preservare gli animali morti. Mentre le informazioni sulla mineralogia intorno ai fossili di grandi animali in pietra fangosa sono tutt'altro che complete, ciò che è noto supportava l'idea che la caolinite avesse un ruolo nella loro conservazione e potesse anche essere coinvolta nel processo di polimerizzazione. Anderson e i suoi colleghi si sono chiesti se la caolinite potesse essere presente nelle pietre fangose ​​che ospitano microfossili, aiutando a preservare questi microrganismi, pure. La sfida era identificare i minerali direttamente adiacenti alla parete cellulare in questi minuscoli, rari microfossili per vedere se sono stati preservati dagli stessi processi.

Tagliando fette microscopiche attraverso lo strato roccioso che ospita il microfossile e poi una sezione verticale attraverso il microfossile, sono stati in grado di distinguere un alone di minerale di pochi micrometri attorno al microfossile. Dagli spettri di raggi X a dispersione di energia, sono stati in grado di identificare che l'alluminio era presente nell'alone, ma non potevano confermare l'esatto minerale. I dati spettrali a infrarossi forniscono informazioni su come le molecole nel campione potrebbero vibrare o rispondere in altro modo alla radiazione infrarossa incidente, dando l'esatta identità del minerale. Però, gli spettri delle diverse argille sono molto simili, e spettri ad alta risoluzione e quindi un segnale alto sono necessari per distinguerli. Per questo, i ricercatori li hanno portati al sincrotrone di Diamond Light Source, dove gli spettri infrarossi ad alta risoluzione hanno confermato che l'alone era caolinite.

Implicazioni dell'alone

I risultati suggeriscono che gli stessi processi hanno preservato i microbi pre-cambriani degli animali più grandi successivi. "Quindi il fatto che non ci siano animali nelle rocce di 800 milioni di anni fa, anche se hanno lo stesso tipo di conservazione - tutto quello che trovi lì sono i batteri o le alghe analizzate - ciò suggerirebbe che gli animali non si sono realmente evoluti in quel momento, "dice Anderson.

Inoltre, i risultati dirigono gli sforzi per trovare fossili dei primi anni di vita nelle regioni tropicali, dove c'è più caolinite. Può anche fornire indicazioni per segni di vita più lontani. Poiché il processo di conservazione della caolinite si applica a una gamma così ampia di organismi, compresi i microrganismi, sembra una linea di indagine promettente nella caccia alla vita extraterrestre fossilizzata, che come la vita sulla Terra per i primi 3,5-4 miliardi di anni, potrebbe essere stato microbico, pure. "Se la vita era probabilmente microbica e vogliamo cercare le sue vestigia su Marte, allora capiamo meglio come cercare i microorganismi fossilizzati, "dice Anderson.

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