Maži mikrofosilai: kaip jie keičia gyvenimo paieškas

Įsivaizduokite senovinės ląstelės sienelės dalelę, mažesnę už smėlio grūdą, kurioje telpa pasakojimas apie tai, kaip gyvybė išmoko kurti organus, aprūpinti save energija ir galiausiai sujungti į augalus ir gyvūnus. Tokios dalelės egzistuoja. Jos trapios, retos ir palaidotos netikėčiausiose Žemės vietose.

Kodėl mikrofosilai svarbesni, nei gali pasirodyti

Dažnai galvodami apie gyvybę už Žemės ribų, žvelgiame į kosmosą: Marsą, Europą, Enceladą. Tačiau svarbiausias duomenų rinkinys bet kokiai astrobiologinei hipotezei yra čia pat: Žemės ankstyviausių eukariotų fosilinis įrašas. Tai ląstelės su branduoliais ir energijos organelėmis, pavyzdžiui, mitochondrijomis, kurios leido atsirasti energijos reiklų daugialąsčiškumą. Visi gyvūnai, augalai ir grybai yra eukariotai. Nustatyti, kada ir kaip pirmą kartą atsirado eukariotai, padeda formuoti mūsų lūkesčius dėl gyvybės kitur.

Gyvybė Žemėje prasidėjo prieš daugiau nei 3,5 milijardo metų. Cianobakterijos, gaminančios deguonį, fiksuojamos maždaug prieš 2,3 milijardo metų. Eukariotai dokumentuoti ne vėliau kaip prieš maždaug 1,7 milijardo metų; dumbliai žinomi bent prieš milijardą metų, o gyvūnai atsirado mažiausiai prieš 570 milijonų metų. Norint sujungti augalus ir gyvūnus su jų paskutiniu bendruoju protėviu, mokslininkai grįžta maždaug į prieš 1,6 milijardo metų laikotarpį, kuriame slypi pirmieji sudėtingos gyvybės žingsniai.

Minkšti audiniai, sudėtingos problemos

Be kiauto, be skeleto, be lengvo išsaugojimo. Daugumą Žemės istorijos organizmai buvo minkštakūniai. Todėl mokslininkai ieško išskirtinių vietų, kur ląstelių liekanos išgyveno neįprastą cheminę ir fizinę istoriją. Maži organinės medžiagos gabalėliai gali išlikti tik esant specifinėms užkasimo ir mineralų sąlygoms. Milijardai metų šilumos, slėgio ir cheminių pokyčių nykina morfologines detales, todėl įtikinančių eukariotinių mikrofosilijų radimas yra didelis techninis iššūkis.

„Man įdomu, kaip mes perėjome nuo planetos, kurioje buvo tik bakterijos, prie tokios, kurioje atsirado sudėtingi daugialąsčiai organizmai“, sako Rosas Andersonas, Oksfordo universiteto paleontologas. „Tokius daugialąsčius fosilijas sunku rasti, todėl daug dirbu su uolienų chemija, kad sužinočiau, kokiomis sąlygomis jos gali išlikti.“

Nuotolinės atodangos svarbios, nes atveria senovines nuosėdas be augalijos uždangos. Daug žadančių vietų šiandien yra dykumos arba Arkties salos, kur vėjas ir ledas nuvalo paviršinį sluoksnį, atverdami uolienas, susidariusias senovinėse pakrantės jūrose, turtingose organinėmis medžiagomis ir maistinėmis medžiagomis. Tos pakrančių molio ir nuosėdų zonos yra idealios: vietos, kurios anksčiau palaikė įvairias eukariotų bendruomenes ir vėliau buvo greitai užkastos taip, kad palankiai išsilaikytų fosilijos.

Meškos sala (Barenco jūra) yra paleontologinė karštoji vieta, žinoma dėl senovinių mikrofosilijų išsaugojimo. 

Kur tyrėjai ieško ir kodėl tai svarbu

Komandos susitelkia į sluoksnius, nusėtas seklus vandenų sąlygose maždaug prieš milijardą iki 1,8 milijardo metų. Viena tyrimų teritorija yra maždaug 100 kvadratinių kilometrų regionas netoli 80 laipsnių šiaurės, atokiame arhipelage prie Svalbardo. Tyrėjai taip pat nurodo Australijoje padarytus radinius, kurie patvirtino eukariotinių mikrofosilijų egzistavimą maždaug prieš 1,75 milijardo metų. Šie radiniai yra reti, tačiau jie nustato etalonus: eukariotai egzistavo ir diversifikavosi kur kas anksčiau nei Kambro sprogimas, kai gyvūnai tapo dideli, judrūs ir apsaugoti kiautais.

Lauko darbai apjungia tradicinę geologiją su modernaus laboratorinės chemijos ir mikroskopijos metodais. Mokslininkai žemėlapiuoja atvirus uolienų plotus, surenka senovinių molių mėginius ir atlieka cheminių pėdsakų analizę, kad aptiktų išsaugotas organines molekules bei ląstelių morfologiją. Molių mineralai gali apsaugoti jautrią organinę medžiagą nuo oksidacijos ir terminės transformacijos, didindami tikimybę, kad mikrofosilijos išliks per geologinį laiką.

Gilus vandenyno mikrofosilai.

Pasekmės astrobiologijai ir būsimoms paieškoms

Kodėl NASA ir ESA turėtų rūpėti moliai senoviniuose Žemės baseinuose? Nes procesai, kurie čia saugo minkštuosius audinius, yra tokie patys procesai, galintys išsaugoti biosignature kitur. Gyvybei tinkama aplinka neužtikrina atradimo; svarbus ir išsaugojimo potencialas. Jei ankstyvieji eukariotai paliko aptinkamus cheminius ir morfologinius pėdsakus tam tikruose moliuose, tai panašios nuosėdos Marse ar ledo apgaubtuose mėnuliuose gali saugoti palyginamus įrodymus.

Supratimas apie laiko ribas ir aplinkos veiksnius, paskatinusius eukariotų evoliuciją, padeda tikslinti tikimybių modelius dėl sudėtingos gyvybės už Žemės ribų. Ar sudėtingumas atsirado vieną kartą, ar kartojosi skirtingose vietose? Atsakymas keičia mūsų interpretaciją apie sterilias ar dviprasmiškas kitos planetos mėginių išvadas.

Ekspertų įžvalgos

„Kai sujungi lauko stebėjimus su laboratorine chemija, istorija tampa aiškesnė“, sako dr. Maya Singh, astrobiologė, kuri dirbo Marso misijų analoginėse vietovėse. „Moliai yra tarsi laiko kapsulės. Jie pasako ne tik tai, kad gyvybė galėjo būti ten, bet ir ar jos pėdsakai galėtų išlikti pakankamai ilgai, kad juos aptiktų marsaeigiai ar nusileidimo aparatai.“

Dr. Singh pabrėžia praktišką aspektą: misijų planuotojai turi prioritetą suteikti nusileidimo vietoms, kurios pasižymi tiek praeitine tinkamumu gyvybei, tiek dideliu išsaugojimo potencialu. Tai reiškia orientuotis į senovines pakrantes, deltų molius ir žemo laipsnio metamorfizuotas uolienas, o ne į regionus, kuriuose šiluma ir tektonika ištrynė organinius požymius.

Išvada

Mikroskopinės fosilijos atlieka svarbų darbą atsakant į didelius klausimus. Jos užpildo didžiulę Žemės istorijos atkarpą, kai gyvybė buvo mikrobų pavidalo, ir patiksmina mūsų paieškos vaizdinį dėl gyvybės kitur. Daugiau ir geriau išsaugotų eukariotinių mikrofosilijų radimas susiaurins laiko ribas, kada atsirado ląstelinio sudėtingumo, atskleis aplinkas, kurios skatino evoliucinius šuolius, ir nukreips astrobiologiją link vietų, kur labiausiai tikėtina rasti išsaugotus gyvybės požymius. Paieška yra kruopšti, dažnai šalta ir nutolusi, tačiau kiekviena maža fosilija stumia ribą tarp spėjimo ir žinojimo.