Пока астрономы ищут следы жизни на Марсе, геологи предпринимают попытки детализировать историю жизни на нашей родной планете. Перипетии химической эволюции завершились на Земле около 3,5 миллиардов лет назад, – именно этим временем до сих пор датируют возникновение первых архе- и эубактерий, использующих энергию химических реакций древней Земли.
Если различные гипотезы возникновения жизненных форм описывают практически все возможные сценарии, то временные границы до сих пор остаются слабым местом таких теорий. Вероятностные расчеты значительно уступают в точности геологическим датировкам.
Александр Немчин из Технологического университета имени Джона Кёртина в австралийском Перте и соавторы опубликованной в Nature работынашли косвенные свидетельства того, что жизнь в известном нам виде существовала уже 4,25 миллиарда лет назад – то есть на 700 миллионов лет раньше, чем до сих пор предполагалось.
минерал подгруппы островных силикатов, силикат циркония ZrSiO4; содержит, как правило 1-4 % гафния, изоморфно замещающего цирконий в кристаллической решетке.
Цвет варьирует, в зависимости от содержания примесей: от коричневато-желтого до коричневого, сероватый, красный, розовый; иногда бесцветен. Блеск сильный алмазный. Прозрачные кристаллы циркона ювелирного качества золотисто-жёлтого, красно-бурого, розового цвета называются гиацинтом. Обычно радиоактивен, всегда содержит примеси редких и радиоактивных элементов.
Магматический, встречается в гранитах, сиенитах и др. породах, обычен в пегматитах. Почти во всех типах магматических горных пород присутствует в роли акцессорного минерала. В кристаллах с высоким содержание радиоактивных элементов частицы, образующиеся в результате их распада, разрушают структуру циркона, в результате чего он становится метамиктным. Химически очень устойчив, поэтому часто используется для изучения геологического прошлого нашей планеты. При выветривании вмещающих его пород концентрируется в россыпях.
Циркон является основным минералом-источником циркония и гафния. Также из него извлекают различные редкие элементы и уран, которые в нем концентрируются. Цирконовый концентрат используется при производстве огнеупоров. Высокое содержание урана в цирконе делает его удобным минералом для определения возраста зерен минерала уран-свинцовым методом датирования. Прозрачные кристаллы циркона используются в ювелирных украшениях (гиацинт).
Теперь учёные завершили анализ изотопов углерода, сохранившихся благодаря циркону – одному из самых устойчивых минералов, часто используемому для изучения древнейшего прошлого нашей планеты.
Как показал анализ самого древнего алмаза, которому уже 4,252 миллиарда лет, углерод, входящий в его состав, вполне может иметь органическое происхождение.
Дело в том, что этот углерод – подозрительно «лёгкий», содержание тяжёлого стабильного изотопа углерода 13C в нём значительно. А включение более лёгкого изотопа 12C характерно как раз для фотосинтезирующих бактерий и хемотрофов, которым «легче» жить с лёгким углеродом. В то же время для геологических процессов в атмосфере и литосфере характерно другое соотношение, со значительно большим содержанием «тяжёлого» 13C.
Углерод имеет два стабильных изотопа – 12C и 13C. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93% и 1,07%. Известны также 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8C до 22C), из которых один – 14C – встречается в природе (его содержание в атмосферном углероде около 10–12). Углерод – лёгкий элемент, и его изотопы относительно сильно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому во многих природных процессах происходит их разделение (фракционирование).
14-й изотоп углерода образуется в атмосфере из атмосферного азота под действием космического излучения. С небольшой скоростью углерод-14 образуется и в земной коре.
Измерение радиоактивности органических веществ растительного и животного происхождения, обусловленной изотопом 14C, применяется для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов. В живом организме 14C находится в равновесии с окружающей средой. После гибели организма он перестаёт обмениваться углеродом со средой, и содержание 14C начинает медленно уменьшаться (его период полураспада равен 5,70±0,03 тысячи лет). Измеренная удельная активность 14C в образце может быть однозначно связана с временем, прошедшим с момента гибели организма.
В природе разделение изотопов углерода интенсивно происходит при относительно низких температурах. Растения при фотосинтезе избирательно поглощают лёгкий изотоп углерода. Cтепень фракционирования зависит от биохимического механизма связывания углерода. Большинство растений интенсивно накапливают 14C, и относительное содержание этого изотопа в их составе на 15–25 ‰ выше, чем в атмосфере. В то же время злаковые растения, наиболее распространённые в степных ландшафтах, слабо обогащены 12C и отклоняются от состава атмосферы лишь на 3–8 ‰.
Безусловно, отмечают авторы, такое соотношение изотопов могло сложиться и в результате изоляции этого участка литосферы миллиарды лет назад, однако гипотеза с ранним возникновением жизни, безусловно, более интересна. Этот тот случай, когда потенциальное значение работы вполне компенсирует некоторую «недоказанность» основной гипотезы, в ней высказанной. Судя по всему, такого же мнения придерживался и редакторе Nature, допустивший работу к печати.
