Земля образовалась примерно 4,5 млрд лет назад и некоторое время оставалась необитаемой. Первым однозначным свидетельствам существования сложных биологических сообществ в виде строматолитов — 2,7 млрд лет.

В 2006 году на основании анализа геологического формирования Стрелли-Пул (Австралия) была высказана гипотеза о том, что подобная микроскопическая биоплёнка, способная структурировать прибрежные отложения, присутствовала ещё 3,5 млрд лет назад.

Новое исследование предлагает дополнительные доказательства в пользу того, что те образования несут следы биологической активности. Об этом свидетельствуют изотопы серы.

Рис. 1. Австралийские строматолиты (фото Wikimedia Commons).

Атомные изотопы химически идентичны (они участвуют в одних тех же реакциях), но различаются по массе. В высокореактивной и чувствительной к энергетическим запасам среде (например, в клетках) несущественная разница в массе имеет большое значение, ибо лёгкие изотопы с большей готовностью включаются в биологические молекулы. Со временем даже небольшой первоначальный перевес лёгких изотопов приведёт к значительному расхождению с изотопным составом небиологического материала.

Сера имеет четыре стабильных изотопа (всего их 25), и наиболее распространённый из них — ³²S. Именно ему отдают предпочтение организмы (особенно те, что усваивают органические вещества, присоединяя к сере свой водород и образуя тем самым H₂S, пахнущий тухлыми яйцами), хотя ³³S и ³⁴S тоже присутствуют в природе в солидных количествах.

В результате до 70% ³⁴S выбрасывается бактериями в составе сероводорода.

В то же время отношение изотопов может измениться и в результате небиологических процессов, поэтому мало просто взять и измерить. На самом деле типичный признак биологических отложений — неоднородность: одни слои просто включали в себя материал, находившийся под рукой, а другие содержали большое количество биологических молекул и потому демонстрируют резкий перекос в соотношении изотопов.

Задача исследователя состоит в том, чтобы кропотливо рассматривать слой за слоем.

Этим и занимались авторы новой работы, раскалывая породу тонкими ломиками и обрабатывая фрагменты ионным пучком. Достигнуто микронное разрешение.

Соотношение изотопов варьировалось довольно значительно (от −17,4 до 36,6%). В основном это было связано с включениями органического материала и железо-сернистых соединений. Судя по количеству ³³S, основным источником серы была атмосфера (если верно то, что мы знаем о составе атмосферы на заре существования Земли).

Как отмечают авторы,

это нельзя считать убедительным доказательством того, что слоистые отложения были когда-то биоплёнкой. Просто слегка вырос корпус свидетельств правоты гипотезы о древности жизни на планете, а также о том, что даже самые ранние формы жизни пользовались современными методами метаболизма.

Если всё это правда, нельзя не восхититься, ведь поздняя тяжёлая бомбардировка завершилась всего за 300 млн лет до этого. В то же время удлиняется промежуток между появлением жизни и возникновением многоклеточных организмов, который в этом случае составляет почти 2 млрд лет.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.