In een zwart-wit gestreepte rots uit Oost-India vonden onderzoekers koolstof van ongeveer 3,5 miljard jaar oud. Geen kleine versteende bacteriën om onder de lens te stoppen: wat overblijft is een soort chemische vingerafdruk. En die afdruk heeft kenmerken die compatibel zijn met materiaal dat door zeer oude micro-organismen is geproduceerd.
De ontdekking komt uit het Singhbhum-kraton, een van de oudste delen van de aardkorst, en wordt beschreven in een studie gepubliceerd in Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen (PNAS). Het team onder leiding van Trisrota Chaudhuri van de Geological Survey of India dateerde de rots op 3,497 miljard jaar oud, met een marge van ongeveer 5 miljoen jaar. Volgens de auteurs zou het het oudste op deze manier gedateerde gesteente kunnen zijn dat een biosignatuur heeft behouden, dat wil zeggen een chemisch spoor dat aan leven kan worden toegeschreven.
Hoe plak je een leeftijd op zoiets ouds?
De koolstof die in het gesteente aanwezig is, wordt niet geleverd met een identiteitskaart. Om vast te stellen wanneer het daar terechtkwam, zochten de onderzoekers naar kleine kristallen van zirkoon, een zeer resistent mineraal dat de informatie die nodig is voor datering miljarden jaren kan vasthouden.
Ze vonden ze in dezelfde vuursteen, een silicarijk gesteente gevormd op de bodem van een oude zee. De kristallen zouden zijn aangekomen samen met as die werd geproduceerd door vulkanische activiteit toen die sedimenten werden afgezet. Vier redelijk goed bewaarde zirkonen leverden compatibele leeftijden op: vandaar de schatting van 3,497 miljard jaar.
Dit is een belangrijke stap omdat veel veronderstelde sporen uit het vroege leven moeilijk precies te dateren zijn. Sommige zijn afkomstig van nog oudere rotsen, in Groenland en Canada, maar zijn in de loop van miljarden jaren zwaar getransformeerd door hitte en druk. Als de aarde een gesteente lang genoeg kookt, wordt het behoorlijk ingewikkeld om te reconstrueren wat het oorspronkelijk bevatte.
Koolstof heeft de signatuur die we van het leven verwachten
Toen het tijdperk eenmaal was vastgesteld, bleef de meest interessante vraag bestaan: waar kwam die koolstof vandaan?
Koolstof bestaat in enigszins verschillende vormen, isotopen genoemd. Wanneer levende wezens het gebruiken om hun moleculen te bouwen, geven ze de voorkeur aan de lichtere versie. Er blijft dus een kenmerkende verhouding tussen koolstof-12 en koolstof-13 in het materiaal achter.
In het Indiase monster maten de onderzoekers een waarde van −30,9 per duizend, compatibel met biologische koolstoffixatie. In minder laboratoriumwoorden: de samenstelling lijkt op wat je zou verwachten als dat materiaal miljarden jaren geleden de stofwisseling van levende organismen had doorstaan.
De auteurs komen ook tot een preciezere mogelijkheid. Dat signaal is compatibel met relatief geavanceerde mechanismen voor CO₂-fixatie, waaronder de Calvin-cyclus, die nu wordt gebruikt door planten, algen en talloze micro-organismen. Dit zou erop kunnen duiden dat sommige levensvormen al 3,5 miljard jaar geleden goed georganiseerde systemen hadden ontwikkeld voor het verkrijgen van koolstof. Het zou in feite suggereren: op basis van de samenstelling van een gesteente kunnen we niet het gehele metabolisme van zijn oude eigenaar reconstrueren.
De vuursteenstructuur helpt ook. Binnenin verschijnen zeer dunne afwisselende lagen silica en koolstofrijk materiaal, die onderzoekers interpreteren als een mogelijk residu van een microbieel tapijt: gemeenschappen van micro-organismen die op elkaar groeien en kleine lagen vormen, iets dat vandaag de dag nog steeds bestaat in bepaalde omgevingen.
Het te tonen fossiel ontbreekt echter
De voorzichtigheid ligt hier. In de vuursteen zijn geen herkenbare fossiele cellen waargenomen. Het door de studie voorgestelde bewijs komt voort uit de combinatie van de ouderdom van het gesteente, koolstofisotopen, de positie van het materiaal en de structuur van de lagen.
De onderzoekers controleerden ook hoeveel het gesteente na zijn vorming werd verwarmd. De oude koolstof in de vuursteenlagen zou ongeveer 338°C hebben bereikt: genoeg om het te modificeren, zonder het volledig te transformeren in zuiver grafiet en alle oorspronkelijke kenmerken uit te wissen. Grafiet dat veel later werd gevormd, toen veel hetere vloeistoffen door het materiaal stroomden, verschijnt in rotsbreuken. Het onderscheiden van deze twee dingen was van fundamenteel belang: anders hadden we het risico gelopen dat we een bezoeker die later arriveerde, zouden verwarren met de huurder van 3,5 miljard jaar geleden.
De plaats waar die rots zich vormde, moet behoorlijk veelbewogen zijn geweest. De zee was verstoken van de zuurstof die we vandaag kennen en vulkanische en hydrothermale activiteit bracht ijzer, silica, zwavel en andere elementen in het water. Soortgelijke omgevingen, rond hydrothermale ventilatieopeningen op de oceaanbodem, herbergen nog steeds microbiële gemeenschappen die in staat zijn te leven zonder de noodzaak van zonlicht.
De ontdekking levert daarom niet het portret op van het ‘eerste levende wezen’ op aarde en geeft niet aan wanneer het leven verscheen. Het gaat echter nog een stuk ver terug in de tijd: ongeveer 3,5 miljard jaar geleden waren biologische processen die in staat waren een herkenbare signatuur in koolstof achter te laten, mogelijk al actief.
Nu wil het team op zoek gaan naar andere soortgelijke rotsen in het Singhbhum-kraton. Die donkere band die in het kwarts gevangen zit, heeft bijna driekwart van de hele geschiedenis van de aarde bestaan. Als we begrijpen of er nog anderen zijn, kan dat ons vertellen hoe gewoon het leven was in die oude zeeën. De cel is al lang verdwenen. Zijn chemie had misschien veel meer geduld.
