Abiotische objecten die op microben lijken, zijn veel sterker dan hun biologische broeders
Bolvormige “biomorfen” – kristallijne objecten die abiotisch zijn gemaakt door middel van chemische reacties – kunnen sterk lijken op microfossielen. Dergelijke biomorfen worden eerder in rotsen bewaard dan fossielen van micro-organismen, zeggen onderzoekers.
Als het gaat om het vinden van fossielen van zeer oud microbieel leven – of het nu op aarde is of op andere werelden, zoals Mars – is de kans gewoon niet in ons voordeel.
Werkelijke microbiële levensvormen zullen veel minder snel veilig gefossiliseerd raken in gesteenten in vergelijking met niet-biologische structuren die toevallig hun vormen nabootsen, vindt nieuw onderzoek. De bevinding suggereert dat de vroegste rotsen van de aarde kan een overvloed aan kleine fakers bevatten – minuscule objecten die zich voordoen als versteend bewijs van het vroege leven – onderzoekers rapporteren online 28 januari in Geologie.
De bevinding is “op zijn minst een waarschuwend verhaal”, zegt studie auteur Julie Cosmidis, een geomicrobioloog aan de Universiteit van Oxford.
Kleine, vaak raadselachtige structuren die in enkele van de oudste gesteenten van de aarde worden gevonden en dateren van meer dan 2,5 miljard jaar, kunnen verleidelijke hints geven van het vroegste leven van de planeet. En de jacht op steeds oude tekenen van leven op aarde heeft tot intense discussies geleid – deels omdat hoe verder je terug in de tijd gaat, hoe moeilijker het is om kleine kronkels, filamenten en bolletjes in de rots te interpreteren (SN: 1/3/20). Een reden is dat de bewegingen van de tektonische platen van de aarde in de loop van de tijd de rotsen kunnen samendrukken en koken, waardoor kleine fossielen worden vervormd en chemisch kunnen veranderen, misschien onherkenbaar.
Maar een nog schadelijker en omstreden probleem is dat zulke kleine filamenten of bolletjes helemaal niet biologisch van oorsprong zijn. Wetenschappers hebben steeds vaker ontdekt dat niet-biologische chemische processen vergelijkbare vormen kunnen creëren, wat de mogelijkheid suggereert van “valse positieven” in het biologische archief.
Een van die ontdekkingen leidde tot de nieuwe studie, zegt Cosmidis. Een paar jaar geleden probeerden zij en anderen bacteriën te kweken en ze zwavel te laten produceren. “We mengden sulfiden met organisch materiaal, en we begonnen deze objecten te vormen”, zegt ze. “We dachten dat ze werden gevormd door de bacteriën, omdat ze er zo biologisch uitzagen. Maar toen realiseerden we ons dat ze zich vormden in laboratoriumbuizen waar toevallig helemaal geen bacteriën in zaten. “
Dat bracht haar ertoe zich af te vragen of dergelijke processen in de rotsen zelf plaatsvinden. Dus besloten zij en anderen te onderzoeken wat er zou gebeuren als ze probeerden de vroege vormingsstadia van hoornkiezel, een soort compact, silicarijk gesteente dat veel voorkomt op de vroege aarde, opnieuw te creëren. “Microfossielen worden vaak gevonden in chert-formaties”, zegt studieauteur Christine Nims, een geobioloog nu aan de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. “Alles wordt gehost in [chert] zal goed bewaard blijven. “
Chert vormt zich uit silica-rijk water; het silica slaat neer uit het water en hoopt zich op, en verhardt uiteindelijk tot steen. Cosmidis, Nims en collega’s hebben zwavelhoudende bacteriën genoemd Thiothrix om vuursteen te stollen om te zien wat er zou kunnen gebeuren tijdens de daadwerkelijke fossilisatie. Aan andere vuursteenmonsters voegden ze zwavelhoudende ‘biomorfen’ toe, bollen en filamenten gemaakt van kleine kristallen maar in de vorm van bacteriën.
Aanvankelijk bedekten nanodeeltjes silica de bacteriën en de biomorfen, zegt Nims. Maar na ongeveer een week begonnen de bacteriën te vervormen, waarbij hun cellen uit cilinders leegliepen in afgeplatte, onherkenbare linten terwijl de zwavel in de cellen diffundeerde en reageerde met het silica buiten de cellen, waarbij nieuwe mineralen werden gevormd.
Aan de andere kant hadden de biomorfen “deze indrukwekkende veerkracht”, zegt ze. Hoewel ook zij zwavel verloren aan de omringende oplossing, behielden ze hun silicakorst. Het resultaat was: “Ze behielden hun vorm en vertoonden in de loop van de tijd heel weinig verandering.” Dat uithoudingsvermogen suggereert dat raadselachtige structuren die in het vroege gesteente zijn gevonden, een grotere kans hebben om pseudofossielen te zijn dan echte fossielen, zegt het team.
Het idee dat eens levende wezens moeilijker te bewaren zijn, is logisch, zegt Sean McMahon, een astrobioloog aan de Universiteit van Edinburgh die niet bij de nieuwe studie betrokken was. “Het is niet helemaal verrassend”, zegt hij. “We weten dat biomassa vrij snel kapot gaat.”
In feite weten wetenschappers dat al eeuwen bepaalde chemische reacties kunnen fungeren als “tuinen” die vreemd gevormde minerale objecten ‘laten groeien’, in buizen draaien of takken laten groeien of op een andere manier de eigenaardigheid van het leven nabootsen. “Er is een zelfgenoegzaamheid over, een misvatting dat we dit allemaal weten en dat het al is opgelost”, zegt McMahon.
Strategieën om met dit raadsel om te gaan, omvatten het zoeken naar bepaalde structuren – zoals heuvelvormige stromatolieten – of chemische verbindingen in een mogelijk fossiel waarvan wordt aangenomen dat ze uniek zijn gevormd of gewijzigd door de aanwezigheid van leven (SN: 17-10-18). Die criteria zijn het product van decennia aan veldstudies, waardoor wetenschappers een uitgebreide referentiedataset van fossiele structuren hebben verzameld, waarmee onderzoekers nieuwe ontdekkingen kunnen vergelijken en evalueren.
“Alles wat we vinden, kunnen we door die lens bekijken”, zegt McMahon. Maar wat ontbreekt, is een even rijke dataset voor hoe dergelijke structuren zich zouden kunnen vormen in het afwezigheid van het leven. Deze studie, zegt hij, benadrukt dat pogingen “om criteria te definiëren voor het herkennen van echte fossielen in zeer oude gesteenten voorbarig zijn, omdat we nog niet genoeg weten over hoe niet-biologische processen echte fossielen nabootsen.”
Het is een steeds urgenter probleem met de stijgende inzet, aangezien NASA’s Perseverance-rover op het punt staat op Mars neer te strijken om een nieuwe zoektocht naar sporen van leven in oude rotsen te beginnen (SN: 28-07-20), hij voegt toe. “Paleontologen en ontdekkingswetenschappers op Mars zouden moeten nemen [this study] heel serieus. “
