החיים בכדור הארץ עברו היסטוריה ארוכה וסוערת. מדענים מעריכים כי לפני כ -4 מיליארד שנה, 500 מיליון שנה בלבד לאחר יצירת כדור הארץ, נוצרו צורות החיים החד-תאיות הראשונות. על ידי ה- Eon Archean (לפני 4 עד 2.5 מיליארד שנה), ככל הנראה, צצו צורות חיים רב-תאי. אמנם קיומם של אורגניזמים כאלה (Archaea) הוסכם מאיזוטופים של פחמן שנמצאו בסלעים קדומים, אך עדויות מאובנות נותרו חמקמק.
כל זה השתנה, בזכות מחקר שנערך לאחרונה על ידי צוות חוקרים מטעם UCLA ומאוניברסיטת ויסקונסין – מדיסון. לאחר שבחן דגימות סלע עתיקות ממערב אוסטרליה, הצוות קבע כי הם מכילים את השרידים המאובנים של אורגניזמים מגוונים שגילם 3.465 מיליארד שנה. בשילוב עם ממצא הגילויים האקסופלאנטיים האחרונים, מחקר זה מחזק את התיאוריה כי החיים בשפע ביקום.
המחקר, שכותרתו "ניתוחי SIMS של המכלול הידוע ביותר של מיקרו-מאובנים מתעדים את קומפוזיציות האיזוטופ שלהן מתואמות פחמן", הופיע לאחרונה ב- הליכי האקדמיה הלאומית למדעים. כפי שציין המחקר, המחקר שלהם כלל ניתוח איזוטופי פחמן של 11 מאובנים מיקרוביאליים שנלקחו מ- Apex Chert המערבי האוסטרלי בן 3,465 מיליון שנה.
11 המאובנים הללו היו שונים באופיים והחוקרים חילקו אותם לחמש קבוצות מינים על סמך תפקודיהם הביולוגיים לכאורה. בעוד שניים מדגימות המאובנים ככל הנראה ביצעו צורה פרימיטיבית של פוטוסינתזה, אחר ככל הנראה ייצר גז מתאן. נראה שהשניים הנותרים היו צרכני מתאן, שהם נהגו לבנות ולתחזק את קירות התא שלהם (בדומה לאופן שבו יונקים משתמשים בשומן).
כפי שציין ג'יי וויליאם שופף - פרופסור לפליוביולוגיה במכללת UCLA והסופר הראשי במחקר - בהודעה לעיתונות של UCLA Newsroom:
לפני 3.465 מיליארד שנה החיים כבר היו מגוונים בכדור הארץ; זה ברור - פוטוסינתייזרים פרימיטיביים, יצרני מתאן, משתמשים במתאן. אלה הנתונים הראשונים המראים את האורגניזמים המגוונים מאוד באותה תקופה בתולדות כדור הארץ, והמחקר הקודם שלנו הראה כי היו משתמשים בגופרית גם לפני 3.4 מיליארד שנה.
מחקר זה, שהוא המפורט ביותר שנערך אי פעם על מיקרואורגניזמים שהשתמרו כמאובנים קדומים, בונה על עבודה ששופף ומקורביו מבצעים במשך למעלה משני עשורים. עוד בשנת 1993 ערכו שופף וצוות חוקרים נוסף מחקר שתיאר לראשונה סוגים אלה של מאובנים. לאחר מכן הוחל ב -2002 במחקר נוסף שהוכיח את מקורם הביולוגי.
במחקר האחרון הזה קבעו שופף וצוותו איזה סוג של אורגניזמים הם וכמה הם מורכבים. לשם כך הם ניתחו את המיקרואורגניזמים בטכניקה שנקראה Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), המגלה את היחס בין פחמן -12 לפחמן -13. בעוד פחמן -12 הוא יציב והסוג הנפוץ ביותר שנמצא בטבע, פחמן -13 הוא איזוטופ פחות נפוץ אך יציב באותה מידה המשמש במחקר כימיה אורגנית.
על ידי הפרדת הפחמן מכל מאובן לאיזוטופים המרכיבים אותו וקביעת יחסיו, הצליח הצוות להסיק כמה זמן המיקרואורגניזמים חיו, כמו גם כיצד הם חיו. משימה זו בוצעה על ידי חוקרי ויסקונסין, שהובלו על ידי הפרופסור ג'ון ואלי. "ההבדלים ביחס איזוטופ פחמן מתואמים עם צורותיהם," אמר עמק. "יחסי C-13-C-12 שלהם מאפיינים ביולוגיה ותפקוד מטבולי."
על פי הקונצנזוס המדעי הנוכחי, פוטוסינתזה מתקדמת טרם התפתחה והחמצן לא יופיע על פני כדור הארץ רק לאחר 500 מיליון שנה. לפני לפני 2 מיליארד שנה, ריכוזי גז החמצן החלו להתגבר במהירות. המשמעות היא שמאובנים אלו, שנמצאים בערך כמיליארד שנה לאחר התהוות כדור הארץ, היו חיים בתקופה בה מעט החמצן שלהם היה באטמוספירה.
בהתחשב בעובדה שהחמצן יהיה רעיל לסוגים אלה של פוטוסינתייזרים פרימיטיביים, הם די נדירים כיום. למען האמת, ניתן למצוא אותם רק במקומות בהם יש מספיק אור אך אין חמצן, דבר שנמצא לעתים רחוקות בשילוב. יתרה מזאת, הסלעים עצמם היו מקור לעניין רב מכיוון שאורך החיים הממוצע של הסלע שנחשף לפני השטח של כדור הארץ הוא כ -200 מיליון שנה בלבד.
כאשר שופף החל את הקריירה לראשונה, דגימות הרוק הוותיקות ביותר היו בנות 500 מיליון שנה. משמעות הדבר היא כי הסלעים הנושאים מאובנים שהוא וצוותו בדקו הם עתיקים ככל שהסלעים על פני כדור הארץ יכולים להגיע. למצוא חיים מאובנים במדגמים עתיקים כאלה מדגים כי אורגניזמים מגוונים ומחזור חיים כבר התפתחו על פני כדור הארץ על ידי ארכאין איון המוקדם, דבר שרק המדענים חשדו בו עד לשלב זה.
לממצאים אלה יש באופן טבעי השלכות על המחקר כיצד ומתי התגלעו החיים על פני כדור הארץ. מעבר לכדור הארץ, למחקר יש השלכות מכיוון שהוא מדגים שהחיים התעוררו כאשר כדור הארץ עדיין היה צעיר מאוד ובמצב פרימיטיבי. לפיכך אין זה סביר שתהליך דומה התרחש במקומות אחרים ביקום. כפי שהסביר שופף:
"זה אומר לנו שהחיים היו צריכים להתחיל מוקדם יותר וזה מאשר שזה לא היה קשה לחיים הפרימיטיביים להתפתח ולהתפתח למיקרואורגניזמים מתקדמים יותר. אבל, אם התנאים צודקים, נראה כאילו החיים ביקום צריכים להיות רחבים. "
מחקר זה התאפשר הודות למימון שהעניק המכון לאסטרוביולוגיה של נאס"א. במבט לעתיד, שופף ציין כי אותה טכנולוגיה ששימשה עד כה למאובנים אלה עשויה לשמש לחקר סלעים שהובאו על ידי משימת הצוות של נאס"א למאדים. משימה זו תוזמנה לשנות 2030 ותכלול אחזור דגימות שהושגו על ידי ה- מאדים 2020 רובר והחזרתם לכדור הארץ לניתוח.
