De eerste cel verscheen 3,8 miljard jaar geleden op het toneel. Althans, dat denken we. Maar misschien is leven nog wel ouder. Onderzoekers uit de Verenigde Staten troffen koolstof van biologische oorsprong aan in een 4,1 miljard jaar oud mineraal.
De oudste fossielen van de allerkleinste organismen, de zogenaamde microben, zijn 3,5 miljard jaar oud. Vroeger bewijs voor leven op aarde komt van zogenaamde chemofossielen: fossielen bestaande uit de chemische stoffen die een verterend organisme in het gesteente achterlaat. Wetenschappers hebben chemofossielen gevonden van 3,83 miljard jaar oud.
De algemene opvatting is daarom dat leven ongeveer 3,8 miljard jaar oud is. Of er voor die tijd iets was is lastig te achterhalen: stenen ouder dan 4 miljard jaar zijn er bijna niet. Toch kunnen we iets te weten komen over die periode aan de hand van mineralen, zo laten onderzoekers van de Universiteit van Californië (Los Angeles) zien. Ze schrijven deze week in PNAS dat het leven weleens 300 miljoen jaar ouder kan zijn dan gedacht.
Tijdcapsule
De periode tussen het ontstaan van de aarde, 4,56 miljard jaar geleden, tot aan 4 miljard jaar geleden heet het Hadeïcum. Het is het eerste tijdperk ooit. Stenen uit het Hadeïcum zijn schaars. Maar er zijn wel mineralen die ouder zijn dan 4 miljard jaar.
In de Jack Hills, een tachtig kilometer lange bergketen in West-Australië, zijn zirkonen teruggevonden van wel 4,38 miljard jaar oud. Zirkonen zijn mineralen die gevormd zijn uit gesmolten steen. Tijdens die vorming werden soms kleine stukjes ander materiaal uit de omgeving in het mineraal ingesloten en voor eeuwig opgeslagen. Zo’n oud stukje zirkoon kan daarom dienen als tijdcapsule. Het biedt een blik terug in de tijd waarin het mineraal zich vormde.
Oeroude koolstof
De geochemici uit Californië bestudeerden meer dan 10.000 piepkleine zirkonen uit de Jack Hills, stuk voor stuk ouder dan 3,8 miljard jaar. Ze zochten naar tekenen van leven aan de hand van koolstof. Koolstofverbindingen vormen de basis voor al het leven op aarde.
Ze onderzochten de moleculaire en chemische structuur van de zirkonen. In slechts twee mineralen troffen ze insluitsels van grafiet aan, een materiaal dat uit pure koolstof bestaat. Eén van de twee zirkonen viel af voor verder onderzoek, omdat er scheurtjes in zaten. Door die scheurtjes kan het aanwezige grafiet ook miljoenen jaren later het zirkoon zijn binnengeslopen.
Fotosynthese
Van het overgebleven zirkoon, 4,1 miljard jaar oud, werd het grafiet doorgemeten. De ingesloten koolstof had een kenmerkend profiel: veel 12C in vergelijking met 13C. 12C en 13C zijn isotopen van koolstof, de ‘lichte’ en ‘zware’ versies van een element. 12C is iets lichter dan 13C.
Koolstof gemaakt door organismen is over het algemeen lichter dan de anorganische koolstof op aarde en de koolstof afkomstig van meteorieten. Licht koolstof wijst op fotosynthese, waarbij organismen anorganisch koolstof (CO2) omzetten in organische vormen van koolstof, zoals suiker.
Voorzichtig
Het isotopenprofiel lijkt aan te geven dat er 4,1 miljard jaar geleden al fotosynthese gaande was, of iets dat erop lijkt. Maar de onderzoekers zijn voorzichtig. Grafiet met veel 12C is niet gegarandeerd biologisch van aard. Mogelijk waren er ook niet-biologische processen die destijds 12C de atmosfeer in brachten. Die mogelijkheid valt niet uit te sluiten.
Overigens is het lastig om iets over leven op de primitieve aarde te zeggen op basis van één microscopisch klein mineraal. “De studie was vooral bedoeld om te demonstreren dat deze methode ons informatie verschaft over koolstof in het Hadeïcum”, aldus de geochemici.