Warunki do życia na Ziemi sprzed 4 miliardów lat
Badania pokazują, że warunki do powstania życia – suchy ląd i świeża słodka woda – pojawiły się na Ziemi pół miliarda lat wcześniej niż dotąd zakładaliśmy. Badania kryształów z australijskich skał dostarczają dowodów na pojawienie się słodkiej wody i suchego lądu ponad cztery miliardy lat temu.
Aby życie mogło zaistnieć (w takiej postaci, jaką znamy), na planecie muszą być spełnione dwa warunki: suchy ląd i świeża, słodka woda. Właściwie to woda nie musi nawet być świeża, ale jeżeli istnieje słodka woda, to znaczy, że musi też istnieć suchy ląd. Zaistnienie tych dwóch warunków jednocześnie (wody i lądu) daje dobre podstawy do tego, aby dwa budulce życia – aminokwasy i kwasy nukleinowe – mogły przekształcić się w proste formy życia, takie jak bakterie, które zapoczątkują niekończący się cykl ewolucyjny.
Najstarsze ślady życia na naszej planecie pozostałe we fragmentach skał datowane są na około 3,5 miliarda lat. Niektóre chemiczne dane sugerują, że ślady te mogą mieć nawet 3,8 miliarda lat. Naukowcy stawiają hipotezy, że życie mogło być jeszcze starsze, ale dotąd nie znaleziono na to dowodów.
Badania opublikowane na początku czerwca (2024) w czasopiśmie “Nature Geoscience” wychodzą naprzeciw tym podejrzeniom, dostarczając dowodów na istnienie słodkiej wody i suchego lądu nawet 4 miliardy lat temu i nieco wcześniej.
Woda i ląd – sedno życia
Gdyby ktoś znalazł się na Ziemi 4 miliardy lat temu, przed jego oczami prawdopodobnie ukazałby się wszechogarniający ocean. Nie byłby to jednak błękit, jaki znamy, tylko brązowy, rdzawy ocean pełen rozpuszczonego żelaza i innych minerałów. Niebo byłoby gęste od gryzącego smogu (dwutlenek węgla), a co chwila przecinałyby je płonące meteoryty bombardujące powierzchnię planety. Taki widok, zdecydowanie niegościnnej dla życia planety, rysują przed nam badacze początków Ziemi.
Nie jest to jednak pełny obraz. Uważna obserwacja pozwoliłaby być może na dostrzeżenie lądu. Ten mniejszy czy większy skrawek ziemi to skała wulkaniczna, zapewne jeszcze z tryskającą gdzieniegdzie lawą.
Jeszcze jedna rzecz mogłaby przyciągnąć uwagę i nieco złagodzić ten apokaliptyczny widok – niewielkie zbiorniki wody i odświeżający deszcz chłodnej, słodkiej wody padający nad wysychającą ziemią. Tak prawdopodobnie wyglądałby pierwszy ślad słodkiej wody na naszej planecie, około 4 miliardy lat temu.
Słodka woda i suchy ląd wynurzony z oceanu idą w parze. Jeżeli wszystkie skały są pod wodą, niezasolona woda przefiltrowana w atmosferze nie ma gdzie się zachować – wszędzie wdziera się ocean. Jeżeli więc mamy dowody na istnienie słodkiej wody, to znaczy że musiał też istnieć wystarczająco rozległy suchy ląd.
Skąd wiemy, że 4 miliardy lat temu istniały ląd i słodka woda?
To oczywiste, że słodka woda jest zupełnie inna niż słona morska woda. Skąd jednak możemy wiedzieć, że istniała kilka miliardów lat temu, skoro nie możemy przenieść się do tamtych czasów?
Odpowiedzi szukamy w skałach i chemicznych pozostałościach z tamtych czasów. Planeta Ziemia ma nieco ponad 4,5 miliarda lat, a najstarsze skały, jakie geolodzy znaleźli, mają około 4 miliardów lat. Pierwsze 500 milionów lat pozostałoby więc tajemnicą, gdyby nie kryształy, które powstały w tym czasie, a potem osadziły się w młodszych skałach. Najstarsze kryształy, jakie znamy, mają 4,4 miliarda lat. Większość z nich znajdujemy w jednym miejscu na Ziemi – w Jack Hills w Australii Zachodniej.
– Właśnie tam poszliśmy. Datowaliśmy ponad tysiąc kryształów minerału zwanego cyrkonem, słynącego z ekstremalnej odporności na wietrzenie i zmiany – relacjonują dr Hugo Olierook i dr Hamed Gamaleldien z Curtis University. – To bardzo wartościowa cecha, ponieważ w ciągu miliardów lat następujące po sobie procesy mogą wymazać pierwotny stan chemiczny, pochodzący z czasów formowania się kryształu.
Badacze ustalili, że około 10 procent z badanych kryształów była starsza niż 4 miliardy lat. To oznacza zbiór znacznie większy niż jakikolwiek inny znaleziony dotąd na świecie. Aby sprawdzić, czy kryształy zawierają zapisy słodkiej wody, wykorzystali znaną prawidłowość – stosunek różnych izotopów tlenu jest zupełnie inny w wodzie morskiej i słodkiej. W wodzie morskiej cięższe i lżejsze izotopy mają podobny stosunek, podczas gdy w słodkiej wodzie dominują te lżejsze.
Badania kryształów cyrkonu z Jack Hills wykazały, że ich niewielka grupa miała bardzo lekką sygnaturę, która mogła powstać tylko w wyniku interakcji skał ze słodką wodą. Ponieważ cyrkon jest ekstremalnie odporny na zmiany, nie ma wątpliwości co do czasu, z którego pochodzi i kiedy nastąpił kontakt ze słodką wodą.
Tym sposobom, badaczom z Curtis University udało się dowieźć, że jeszcze przed 4 miliardami lat na Ziemi występowała słodka woda, a co za tym idzie – także suchy ląd. Czy w tym czasie mogło już powstać życie? Tego nie możemy być jeszcze pewni. Na razie wiemy tylko, że już wówczas zaistniały warunki do jego powstania.
Badania: Hamed Gamaleldien et al, Onset of the Earth's hydrological cycle four billion years ago or earlier, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01450-0
Tekst jest swobodnym tłumaczeniem artykułu opublikowanego w „The Conversation”, opublikowany na podstawie licencji Creative Commons. Artykuł oryginalny: Fresh water and key conditions for life appeared on Earth half a billion years earlier than we thought.
