Po prvi put ikada, istraživači su bili u mogućnosti da proučavaju oblik mikroorganizama iz ranih dana evolucije pre nekih 1,5 milijardi godina. Ovi mikroorganizmi su od izuzetnog značaja za naše razumevanje razvoja ranog života.
Istraživači sa Technische Universitat Berlin, Nacionalne akademije nauka Ukrajine, Muzeja prirodne istorije Berlin i Nacionalnog muzeja prirodne istorije u Luksemburgu otkrili su do danas najstarije, trodimenzionalno očuvane mikrofosile na Zemlji na mineralima iz rudnika kvarca Volin u blizini grada Žitomira (Ukrajina). Nalazi su objavljeni u časopisu Biogeosciences.
Njihov prvobitni oblik sačuvao je mikrometarski tanak sloj aluminijum-silikata, koji je mogao da nastane samo kao rezultat posebnog spleta geoloških okolnosti. Većina prethodnih dokaza o prekambrijskim mikroorganizmima bila je zasnovana na indirektnim metodama kao što su karakteristični otisci u steni ili detekcija proizvoda biološke degradacije.
„Fascinantno je da smo ovde, po prvi put, u mogućnosti da proučavamo fosile primordijalnih mikroorganizama pod skenirajućim elektronskim mikroskopom. Mi smo zapravo želeli da proučavamo beril i topaz iz rudnika. Ono što smo sada pronašli je mnogo vrednije od bilo kog dragog kamenja“, objašnjava profesor dr Gerhard emeritus iz Berlina.
To je zato što su nalazi prvi fosilizovani mikroorganizmi koji datiraju još od onoga što se naziva „dosadna milijarda“, prve milijarde godina pre pretkambrijske revolucije, koja je naizgled bila bez događaja. „Tek tada, pre oko 600 miliona godina, evolucija je proizvela skelete napravljene od kalcijum karbonata ili fosfata; pojavili su se beskičmenjaci kao što su školjke, korali ili puževi, a zatim i kičmenjaci sa kičmom. Pravi fosili sa skeletima koji se mogu sačuvati postali su mogući samo kao rezultat ove biomineralizacije.
Pošto živi organizmi nisu imali skelete pre više od 600 miliona godina, oni zapravo nisu mogli da očuvaju svoj oblik — zbog čega se vrlo malo zna o ovom periodu. Uglavnom samo u sedimentnim stenama, odnosno nekadašnjim naslagama na morskom dnu, sačuvani su ugljenični ostaci mikroorganizama, koji su potom uništeni milionima godina mehaničke deformacije. I samo zato što oblici života preferiraju lakši izotop ugljenika 12 C u odnosu na težu varijantu 13 C, bilo je moguće uopšte spekulisati da je ovo nekada bio biološki materijal.
Tek nedavno su istraživači prvi put pronašli biološka jedinjenja kao što je holesterol u stenama u Australiji, koja su stara 1,5 milijardi godina i koja direktno ukazuju na prvobitne oblike života. U drugim stenama, rani mikroorganizmi su ostavili samo blede otiske, iz kojih je teško razaznati njihov oblik.
„Ono što sada posmatramo pod našim elektronskim mikroskopom su uglavnom vlaknaste strukture. Ili tanki filamenti koji se granaju, ili debeli koji imaju male izbočine ili udubljenja“, objašnjava Franc. Debljina predmeta varira između 10 i 200 mikrometara, a njihova dužina je do nekoliko milimetara, ponekad sa tankim kanalom u sredini.
To znači da se ovi primordijalni mikroorganizmi mogu videti i golim okom. Ono što je posebno uzbudljivo je da su istraživači pronašli i nekoliko ranije nepoznatih oblika mikroorganizama. Oni su imali strukture u obliku školjke ili sfere ili grane nalik pipcima.
„Analizom izotopa ugljenika 12 C i 13 C, takođe smo uspeli da dokažemo da su naši nalazi nekada morali da budu živa bića“, objašnjava Franc. Starost nalaza je merena specijalnom metodom izotopa, što je rezultiralo minimalnom starošću fosila od 1,5 milijardi godina. Istraživači su takođe otkrili supstancu hitozan u određenim filamentoznim objektima pomoću infracrvene spektroskopije, kao i elemente bizmuta i telura pomoću elektronskog mikroskopa.
„Sve ovo ukazuje na organizam sličan gljivici“, kaže Franc. Međutim, to bi se odnosilo samo na neka od nalaza, dodaje on. „Od ostalih fosilizovanih mikroorganizama, možemo barem pretpostaviti da su oni morali biti jednoćelijski ili višećelijski organizmi sa različitim ćelijskim strukturama.“ Oni su verovatno živeli sa gljivama u zajedničkom ekosistemu.
Lokacija fosilizovanih primordijalnih mikroorganizama na granitnoj steni u rudniku kvarca ukazuje kako na njihov način života, tako i na razloge izuzetno dobrog stanja očuvanosti. „Mikroorganizmi i danas žive do tri kilometra duboko u Zemljinoj kori“, objašnjava Franc. Oni tamo žive — bez sunčeve svetlosti — na supstancama kao što su fosfor, azot ili ugljen-dioksid, od kojih su neke rastvorene u vodi i migriraju nadole odozgo kroz pukotine i pukotine ili su tamo već prisutne.
Mikroorganizmi dobijaju energiju koja im je potrebna za metabolizam iz hemijskih procesa na mineralima. U granitnim pećinama Volinskog rudnika kvarca, takve kolonije mikroorganizama su očigledno već bile prisutne blizu površine Zemlje pre 1,5 milijardi godina. I pošto granit sadrži mnogo fluora, u interakciji sa vodom i toplotom pod zemljom je nastala jako korozivna fluorovodonična kiselina, koja je rastvorila mnogo aluminijuma i silicijuma.
Poput gejzira, ovaj rastvor je s vremena na vreme pucao u pećine, pokrivajući mikroorganizme mikrometar tankim slojem aluminijum-silikata. „Naravno, mikroorganizmi su umrli kao rezultat – ali su takođe bili savršeno očuvani“, kaže Franc.
„Kao što je to često slučaj u nauci, istorija našeg otkrića mnogo duguje slučajnosti“, izveštava on. „Glavni razlog zbog kojeg je moj prethodnik, profesor Klaus Langer, pokrenuo saradnju sa Ukrajinom još u vreme perestrojke, bio je da podrži istraživače u još mladoj, nezavisnoj Ukrajini. Zanimljivi nalazi dragog kamenja u Volinskom rudniku kvarca bili su lepo iznenađenje za radnu grupu.“
Kada je Franc godinama kasnije počeo kao novi šef akademske katedre, jednog dana je otkrio neka čudna vlakna na berilima kada ih je pregledao pod elektronskim mikroskopom. Tokom godina, i uz pomoć uzoraka stena iz različitih muzeja, tako je otkriće krenulo.
„Ipak, danas smo tek na početku. Dalja istraživanja i eventualno nova otkrića moći će da nam kažu još više o primordijalnim mikroorganizmima, posebno o do sada nepoznatim oblicima na kontinentima, a ne samo u moru“, kaže Franc.
Ovo bi moglo da pruži novi uvid u rani razvoj života na Zemlji, ali možda i u razvoj života u ekstremnim uslovima na drugim planetama.
