Геологи провели исследование остатков древнего микробного мата на востоке Индии, определив его возраст с помощью анализа вулканического пепла, который около 3,5 миллиарда лет назад покрыл колонии бактерий. На текущий момент это наиболее ранние прямые свидетельства существования органической жизни на Земле, в отличие от косвенных оценок.

При изучении остатков древнейшей жизни на Земле ученым приходится решать непростые задачи, связанные с определением возраста. Миллиарды лет геологической истории привели к тому, что древние горные породы подвергались процессам сжатия, нагрева, плавления и последующей кристаллизации. В результате органические вещества трансформируются в кероген – сложный полимер, образованный из остатков белков и углеводов. Для установления возраста окаменелостей или древнего углерода часто используют косвенные методы, ориентируясь на возраст окружающих слоев горных пород. Важно также установить биологическую природу обнаруженных органических соединений, исключив возможность их образования в результате геотермальных процессов.

Авторы исследования, опубликованного в журнале PNASУченые изучили образцы породы из индийского кратона Сингхбхум и обнаружили черно-белый полосатый черт Бхитардари – твердую кремнистую осадочную породу, образовавшуюся на дне древнего моря. Такая структура получила название «черно-белый полосатый» из-за чередования светлых слоев кварца и темных слоев керогена, богатого углеродом. Этот черт сохранил следы древней колонии микробного мата – многослойной структуры бактериального происхождения.

Внутри черта геологи обнаружили микроскопические кристаллы циркона размером от 40 до 60 микрометров. Анализ соотношения тория и урана подтвердил магматическое происхождение этих минералов. Исследователи пришли к заключению, что циркон произошел из вулканического пепла, осевшего на колонию микроорганизмов, что позволило установить точную дату керогена. Для определения времени кристаллизации кристаллов ученые провели измерения концентрации изотопов урана и свинца, получив результат 3497 ± 5 миллионов лет.

Решению вопроса о сохранности органики способствовала рамановская спектроскопия, позволяющая определить максимальную температуру, воздействовавшую на исследуемый образец. Анализ показал наличие двух различных типов углерода. В микротрещинах, пронизанных гидротермальными жидкостями, порода нагрелась до 639 °C, что привело к образованию графита. Однако основная часть керогена не подверглась воздействию температур выше 369 °C и сохранила свою первоначальную структуру.

Для установления происхождения углерода был проведен анализ соотношения изотопов углерода с помощью масс-спектрометрии. Полученные данные показали значение −30,9‰. Подобный изотопный сдвиг в сторону легкого углерода соответствует маркерам биологического синтеза, используемым бактериями для фиксации углекислого газа.

Исследователи предприняли попытку определить содержание изотопов азота в породе для получения дополнительных данных о метаболизме организмов. Однако из-за слишком низкой концентрации азота эти результаты были исключены из выводов, чтобы обеспечить научную достоверность исследования. Тем не менее, изотопный и структурный анализ керогена продемонстрировал, что микроорганизмы обитали вблизи действующих вулканов уже 3,5 миллиарда лет назад.