В регионе Пилбара в Западной Австралии находится один из самых древних сохранившихся участков земной коры, который геологически не изменился с момента своего образования около 3,5 миллиардов лет назад.

Здесь, в районе Северного полюса к западу от города Мраморный Бар, в черных породах, состоящих из мелкозернистого кварца, называемого кертом, были обнаружены одни из самых древних признаков жизни.

Некоторые признаки в так называемом "апекс-церте" были идентифицированы как окаменелые останки микробов, очень похожих на бактерии, которые выживают и сегодня. Однако ученые спорили об истинном происхождении этих особенностей с тех пор, как они были обнаружены 30 лет назад.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, мы показали, что богатые углеродом соединения, также обнаруженные в керте, могли быть получены в результате небиологических процессов. Это позволяет предположить, что предполагаемые "окаменелости" не являются остатками ранних форм жизни, а скорее артефактами химических и геологических процессов.
Спорные окаменелости Пилбары

В 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф обнаружил богатые углеродом нити в обнажениях апекского керта возрастом 3,45 миллиарда лет. Он интерпретировал их как обугленные останки окаменевших микробов, похожих на цианобактерии, которые были первыми на Земле организмами, вырабатывающими кислород, и распространены до сих пор.

Существование окаменелых цианобактерий в таких древних породах означает, что жизнь уже накачивала воздух кислородом более чем за миллиард лет до того, как атмосфера Земли стала богатой кислородом.

Ключевым доказательством в пользу существования жизни было обнаружение органических соединений в древних окаменелостях. Это объясняется тем, что живые клетки состоят из крупных органических молекул, в состав которых входит в основном углерод, а также водород, азот, кислород и другие элементы.

В 2002 году интерпретация Шопфа была оспорена английским палеобиологом Мартином Брасье и его командой. Они показали, что "окаменелости" имели разнообразные формы и размеры, нехарактерные для цианобактерий и, более того, несовместимые с микробной жизнью. Более того, они также показали, что ископаемые черные керты были не горизонтальными пластами, отложенными на морском дне, а наклонными жилами, прорезающими нижележащие слои породы.

Оказалось, что ископаемые керты образовались при высоких температурах во время вулканической активности. Брасье утверждал, что эта среда была враждебна для жизни, а "окаменелости" на самом деле образовались из примесей графита в породе. Они также предположили, что углерод, связанный с "окаменелостями", возможно, даже не имеет биологического происхождения.

После этого начались оживленные дебаты, которые продолжаются до сих пор.

Чтобы попытаться определить, откуда взялись богатые углеродом отложения в прожилках черного керта, мы очень внимательно рассмотрели их с помощью электронного микроскопа с высоким увеличением.

Мы обнаружили, что они образовались не из окаменевших бактерий. Нефтеподобное вещество встречается в виде остатков в трещинах и в виде окаменевших капель, которые раньше принимали за древние окаменелости.

Текстура прожилок черного керта указывает на то, что они образовались, когда горячие жидкости, богатые кремнеземом и углеродом, двигались по трещинам в лавовых потоках под жерлами на морском дне, похожими на современные жерла "черных курильщиков". Подойдя к морскому дну, горячие жидкости проникали в слои вулканических отложений, замещая их черным кертом.

Если углерод происходил из такого горячего флюида, это подтверждает выводы о том, что богатые углеродом нити в апекском керте не являются окаменелостями. Однако это также поднимает новый вопрос.

Обычно органические соединения, такие как нефть и газ, которые называют "ископаемым топливом", поскольку они образуются из мертвых останков водорослей, бактерий и растений, образуются, когда эти останки захораниваются и нагреваются до температуры выше 65℃. В результате химических реакций выделяются органические соединения, которые могут накапливаться, образуя месторождения нефти и газа.

Однако отложения в районе Северного полюса очень тонкие (менее 50 м толщиной), бедные органическими молекулами и зажатые между километровыми потоками лавы. Как же органические соединения образовались в таких условиях?

На основе экспериментальных данных и исследований марсианских метеоритов предлагается возможный альтернативный путь. В отсутствие традиционных биологических источников некоторые органические молекулы в жилах черта могли образоваться в результате небиологических процессов.

Например, когда горячая вода циркулирует через лаву или другую магматическую породу, вода и углекислый газ могут реагировать с минеральными поверхностями, образуя органические соединения. Подобные реакции были предложены для объяснения присутствия органических молекул в марсианских метеоритах и в некоторых магматических породах на Земле.

Поэтому углерод в черных чертах из глубинки Пилбары может представлять собой реликты органических соединений, которые образовались в результате реакции между водой и породой. Действительно, на ранних этапах существования Земли извержения на морском дне могли создавать больше органических соединений, чем биологические процессы, что затрудняет различие между подлинными углеродсодержащими окаменелостями и маслянистыми артефактами.

Пока ведутся дополнительные работы, первые результаты свидетельствуют о том, что 3,5 миллиарда лет назад жизнь только выживала, пытаясь закрепиться в негостеприимной среде. Тогда на Земле регулярно происходили извержения вулканов, которые покрывали поверхность Земли лавой, и она купалась в жестком солнечном излучении, проходящем через атмосферу без защитного озонового слоя.

Если заглянуть еще дальше в прошлое, то черные керты дают представление о безжизненной планете. Реакции между водой и породой в жерлах на морском дне привели к образованию коктейля органических соединений, которые, возможно, послужили сырьем для создания первых живых клеток.