Ingen vet med sikkerhet når eller hvordan livet på jorden begynte. Det er så lenge siden at man skulle tro at alle spor for lengst hadde blitt slettet.

Men danske forskere mener de har funnet tegn på noe av det tidligste livet vi kjenner på jorden. Det sitter kapslet inn i eldgamle edelsteiner fra Grønland. Det er snakk om ørsmå organismer som etter alt å dømme levde for 3,7 milliarder år siden.

Studien er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

– Vi har brukt en ny teknikk til å undersøke hva som gjemmer seg inne i noen bitte små lommer inne i edelsteiner. Studien vår viser at det antagelig er rester av encellede organismer som i sin tid ble kapslet inn steinene, sier Tue Hassenkam.

Han er førsteamanuensis ved Nano-Science Center, Kjemisk Institutt ved Københavns Universitet, og hovedforfatter på den nye studien.

Et kontroversielt funn

En av utfordringene ved å lete etter tegn på jordens tidligste liv er at jordens overflate hele tiden blir fornyet. Det er bare noen få steder forskerne kan finne materiale fra jordens ungdom.

Et av disse stedene er Isua på Grønland, der det finnes et helt belte av bergarter som har blitt avleiret for 3,7–3,8 milliarder år siden.

I begynnelsen av 2000-tallet ble den dansk-grønlandske geologen Minik Rosing verdenskjent da han proklamerte at bergartene inneholdt tegn på liv. Det var en kontroversiell påstand fordi livet på jorden i så fall hadde oppstått 200 millioner år tidligere enn antatt.

I den nye studien har Tue Hassenkam og Minik Rosing brukt helt nye og avanserte teknikker til å undersøke edelsteiner fra Isua. De nye studiene bekrefter Rosings teori.

– Det har vært veldig omdiskutert om det virkelig var tegn på liv i bergartene i Isua. I den nye studien ser de på samme typer bergarter, men med nye teknikker. Det nye og spennende er at studien ser ut til å bekrefte at de ser spor etter liv, sier Bo Barker Jørgensen. Han er professor ved Aarhus Universitet og selv har forsket på mikroorganismer og tidlig liv, men han har ikke vært med på den nye studien.

Inne i en granat

Hassenkam påpeker at flere typer bevis nå støtter teorien.

– Vi kan sammenligne det med en mordsak. Jo flere beviser man har, desto bedre.

– I dag er den beste forklaringen vi har at det er snakk om liv, sier Hassenkam.

De tidlige tegnene på liv er funnet inne i en stein av typen granat – en rødlig edelstein. Forskerne fant den begravet i bergarter fra Isua og tok med den med til laboratoriet ved Københavns Universitet. Her ble granaten forsiktig åpnet, og innholdet i ørsmå lommer ble analysert.

Innholdet bestod primært av karbon, som er en ytterst viktig ingrediens i livet på jorden, men forskerne fant også andre av livets ingredienser.

Etter kompliserte analyser konkluderer forskerne med at disse stoffene sannsynligvis har vært en del av encellede organismer som levde i havet for minst 3,7 milliarder år siden. Mikroorganismene ble avleiret på havbunnen som ble til bergartene ved Isua.

Skeptisk forsker tviler på funnene

Men det finnes også forskere som tviler på at ingrediensene i granatsteinen er tegn på tidlig liv. Den amerikanske geokjemikeren Elizabeth Bell, som selv forsker på feltet, sier til at hun er «bekymret for» om innholdet i steinen kan ha blitt forurenset med materiale fra et senere tidspunkt i jordens historie.

– Prøven de har undersøkt, kan være yngre. Karbonet kan også ha blitt injisert under senere hydrotermiske endringer, skriver Bell, som arbeider ved University of California, i en e-post.

Det avviser de danske forskerne. De forteller at granaten er funnet i bergarter og avleiringer som er helt ubrutt, og derfor er dateringen veldig sikker.

– Karbonet var en del av det opprinnelige sedimentet og er ikke tilført gjennom senere revner eller lignende. Det er en rekke studier som støtter denne observasjonen. Dateringen av de sedimentære lagene bygger på veldig presise dateringer av granittlag, påpeker Minik Rosing og Tue Hassenkam i en felles e-post som svar på Elizabeth Bells skepsis.

Andre funn av tidlig liv

Bo Barker Jørgensen fra Aarhus Universitet mener også at den nye studien – sett i sammenheng med tidligere studier – er et tegn på 3,7 milliarder år gammelt liv.

– Etter min mening er det mest sannsynlig at det er snakk om mikroorganismer som kunne lage organiske forbindelser. Man kan godt spekulere på om det kan ha blitt dannet på andre måter, men slike spekulasjoner blir lett mer usannsynlige enn at det bare er liv, sier Jørgensen.

Det er heller ikke noe nytt i at geologer og geokjemikere er skeptiske til hverandres arbeid. Det er ekstremt vanskelig å tolke kjemiske spor etter liv fra milliarder av år tilbake.

I 2015 proklamerte Elizabeth Bell at forskergruppen hennes antagelig hadde funnet jordens eldste tegn på liv inne i en 4,1 milliarder år gammel stein – en zirkonkrystall – fra det vestlige Australia. Bells eget funn ble også møtt med skepsis fra andre forskere.

Det samme skjedde da en annen forskergruppe tidligere i år erklærte at de kanskje hadde funnet jordens eldste tegn på liv i stein fra Quebec-provinsen i Canada. Prøvene var om lag 3,77 milliarder år gamle – kanskje til og med 4,28 milliarder år, hevdet forskerne bak studien. Dette funnet ble møtt med skepsis fra blant andre Minik Rosing.

Slik gjorde forskerne

I den nye studien har de danske forskerne kastet seg over jakten på liv i de milliardene årene gamle steiner med nye og avanserte metoder.

Da forskerne hadde åpnet den gamle granatsteinen, brukte de følgende instrumenter til å undersøke innholdet:

• Et atomkraftmikroskop (Atomic Force Microscope). Et avansert mikroskop som kan undersøke materialer ved hjelp av en ørliten nål – litt på samme måte som en blind mann som famler seg frem for å undersøke noe ukjent. Mikroskopet kan gi opplysninger om veldig små detaljer, i studien kan forskerne undersøke noen få atomer av gangen.
• En infrarød laser. Ved å bestråle materialet med infrarødt lys kan man undersøke hvilke kjemiske bindinger det er mellom de enkelte atomene og molekylene. Det skjer fordi materialene absorberer lyset på ulike måter, alt etter hvilke kjemiske bindinger det er mellom dem.

Har vært trykkokt i noen millioner år

Ved hjelp av atomkraftmikroskopet kunne forskerne blant annet konstatere at de mest grunnleggende av livets ingredienser satt innkapslet i granatsteinen, forklarer Tue Hassenkam.

– Livet består primært av fem elementer – hydrogen, karbon, oksygen, nitrogen og en litt fosfor. Vi finner alle disse elementene inne i steinen, bortsett fra hydrogen. Men det er som forventet, forklarer Hassenkam.

Forskerne kan nemlig se på granatsteinen at den har blitt varmet opp til 500–600 grader. Da vil alt hydrogen fordampe, forklarer Hassenkam.

– Det har rett og slett blitt trykkokt igjennom noen millioner år, og på den måten er alt hydrogen sivet ut av prøven. I motsetning til karbon og de andre elementene kan hydrogengass sive ut selv om det er helt omsluttet av stein. Så i virkeligheten er det en styrke at vi ikke finner hydrogen i prøvene våre, for det tyder på at innholdet i prøven ikke har blitt forurenset. Hvis jeg for eksempel hadde rørt ved prøven eller hostet på den, ville vi finne rester av hydrogen, forklarer Hassenkam.

Kjemiske bindinger tyder på liv

Innholdet i granatsteinen passer altså med at ingrediensene til liv er til stede. De rette ingrediensene er imidlertid ikke et bevis for liv.

Men ved hjelp av det infrarøde lyset kan forskerne se at ingrediensene sitter bundet sammen på en måte som man ville forvente hvis det en gang hadde vært liv, forklarer Hassenkam. De kjemiske bindingene tyder altså på liv.

– Det er helt nytt å bruke infrarød laser til å undersøke kjemiske bindinger som tegn på tidlig liv. Analysene tyder på at det er organiske forbindelser i prøven. Det organiske materialet har riktignok blitt voldsomt nedbrutt, slik at man ikke kan gjenkjenne de opprinnelige molekylene, men noen av de kjemiske bindingene har blitt hengende selv etter å ha blitt varmet opp til 500 grader, sier Bo Barker Jørgensen fra Aarhus Universitet.

– De er spesielt opptatt av bindingene mellom karbon og oksygen, og mellom karbon og nitrogen. De mener det er nedbrytningsrester fra organisk materiale som ble dannet for 3,7 milliarder år siden, legger han til.

Tue Hassenkam utdyper:

– Hvis man tar organisk materiale og utsetter det for alt det denne prøven har vært gjennom – varmer opp det til 500–600 grader – så ender man med et sluttprodukt som stemmer helt med det vi så i prøvene våre, sier han.

Karbon-12 kan være tegn på liv

Hassenkam påpeker at de nye analysene må sees i sammenheng med andre tegn på liv funnet i prøver fra Isua.

– Hittil har man bare funnet tegn på liv med én metode. Men nå har vi flere forskjellige metoder som tyder på liv, sier han.

Tidligere har forskerne fokusert på bergartenes innhold av forskjellige varianter av karbon. Karbon finnes nemlig naturlig i to veldig stabile utgaver (isotoper), karbon 12 og karbon 13.

I organisk materiale som stammer fra liv, finner man normalt mer karbon 12.

– Livet er kjemisk prosess som foretrekker karbon 12. Fotosyntesen fungerer ikke like godt med karbon 13. Det innebærer at man ser en underrepresentasjon av karbon 13 når man undersøker organiske materialer fra liv. Det er rett og slett mindre karbon 13 i biologisk materiale enn i ikke-biologisk materiale, sier Hassenkam.

Derfor forskere brukt innholdet av karbon 12 og karbon 13 som indikator på liv.

– Men det er ikke et helt sikkert bevis. For det finnes også noen få kjemiske prosesser som ikke er biologiske, men som kan lage samme forhold mellom karbon 12- og karbon 13. Derfor er slike analyser av karbon ikke et endelig bevis. Det er derfor vi har vært på jakt etter andre typer data, avslutter Hassenkam.

Referanse:

T. Hassenkam mfl: «Elements of Eoarchean life trapped in mineral inclusions», Nature, august 2017, doi: 10.1038/nature23261Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.