Ένα απολίθωμα 650 εκατομμυρίων ετών. Πιστωτική εικόνα: Δρ. J. William Schopf / UCLA. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Ο παλαιοβιολόγος της UCLA J. William Schopf και οι συνεργάτες του παρήγαγαν τρισδιάστατες εικόνες αρχαίων απολιθωμάτων - 650 εκατομμυρίων έως 850 εκατομμυρίων ετών - διατηρημένες σε βράχους, ένα επίτευγμα που δεν έχει γίνει ποτέ πριν.
Εάν μια μελλοντική διαστημική αποστολή στον Άρη φέρνει πετρώματα πίσω στη Γη, ο Schopf είπε ότι οι τεχνικές που έχει χρησιμοποιήσει, που ονομάζεται confocal laser scanning microscopy και Raman spectroscopy, θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους επιστήμονες να δουν μικροσκοπικά απολιθώματα μέσα στα βράχια για να αναζητήσουν σημάδια ζωής, όπως οργανικά κυτταρικά τοιχώματα. Αυτές οι τεχνικές δεν θα καταστρέψουν τους βράχους.
«Είναι εκπληκτικό να βλέπεις ένα βιολογικά συντηρημένο, μικροσκοπικό απολίθωμα μέσα σε ένα βράχο και να βλέπεις αυτά τα μικροσκοπικά απολιθώματα σε τρεις διαστάσεις», δήλωσε ο Schopf, ο οποίος είναι επίσης γεωλόγος, μικροβιολόγος και οργανικός γεωχημικός. «Είναι πολύ δύσκολο να μάθουμε για τη βιοχημεία των οργανισμών που έζησαν πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, και αυτό (εστιακή μικροσκοπία και φασματοσκοπία Raman) σας δίνει. Βλέπετε τα κύτταρα στη συνεστιακή μικροσκοπία και η φασματοσκοπία Raman σας δίνει τη χημεία.
«Μπορούμε να κοιτάξουμε κάτω από το απολίθωμα, να το δούμε από την κορυφή, από τις πλευρές και να το περιστρέψουμε γύρω. δεν θα μπορούσαμε να το κάνουμε με οποιαδήποτε άλλη τεχνική, αλλά τώρα μπορούμε, λόγω της μικροσκοπίας σάρωσης λέιζερ. Επιπλέον, παρόλο που τα απολιθώματα είναι εξαιρετικά μικρά, οι εικόνες είναι ευκρινείς και τραγανές. Έτσι, μπορούμε να δούμε πώς τα απολιθώματα έχουν υποβαθμιστεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια και να μάθουμε ποια είναι τα πραγματικά βιολογικά χαρακτηριστικά και τι έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. "
Η έρευνά του δημοσιεύθηκε στο τεύχος Ιανουαρίου του περιοδικού Astrobiology, στο οποίο αναφέρει τα αποτελέσματα της μικροσκόπησης των αρχαίων απολιθωμάτων. (Δημοσίευσε αρχαίες φασματοσκοπίες 3-D εικόνων αρχαίων απολιθωμάτων το 2005 στο περιοδικό Geobiology.)
Από τον πρώτο του χρόνο ως μεταπτυχιακός φοιτητής του Χάρβαρντ στη δεκαετία του 1960, ο Schopf είχε ως στόχο τη διεξαγωγή χημικής ανάλυσης ενός μεμονωμένου μικροσκοπικού απολιθώματος μέσα σε ένα βράχο, αλλά δεν είχε καμία τεχνική να το κάνει, μέχρι τώρα.
«Ήθελα να το κάνω αυτό για 40 χρόνια, αλλά δεν υπήρχε κανένας τρόπος να το κάνω πριν», δήλωσε ο Schopf, ο πρώτος επιστήμονας που χρησιμοποίησε συνεστιακή μικροσκοπία για να μελετήσει απολιθώματα ενσωματωμένα σε τέτοια αρχαία βράχια. Είναι διευθυντής του Ινστιτούτου Γεωφυσικής και Πλανητικής Φυσικής του UCLA για τη Μελέτη της Εξέλιξης και την Προέλευση της Ζωής.
Η φασματοσκοπία Raman, μια τεχνική που χρησιμοποιείται κυρίως από χημικούς, σας επιτρέπει να δείτε τη μοριακή και χημική δομή των αρχαίων μικροοργανισμών σε τρεις διαστάσεις, αποκαλύπτοντας από τι είναι φτιαγμένα τα απολιθώματα χωρίς να καταστρέφονται τα δείγματα. Η φασματοσκοπία Raman μπορεί να βοηθήσει να αποδείξει εάν τα απολιθώματα είναι βιολογικά, δήλωσε ο Schopf. Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει ένα λέιζερ από ένα μικροσκόπιο που εστιάζεται σε ένα δείγμα. το μεγαλύτερο μέρος του φωτός λέιζερ είναι διασκορπισμένο, αλλά ένα μικρό μέρος απορροφάται από το ορυκτό.
Ο Schopf είναι ο πρώτος επιστήμονας που χρησιμοποίησε αυτήν την τεχνική για την ανάλυση αρχαίων μικροσκοπικών απολιθωμάτων. Ανακάλυψε ότι η σύνθεση των απολιθωμάτων άλλαξε. Το άζωτο, το οξυγόνο και το θείο απομακρύνθηκαν, αφήνοντας άνθρακα και υδρογόνο.
Η μικροσκόπηση Confocal χρησιμοποιεί μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ για να κάνει τα οργανικά τοιχώματα των απολιθωμάτων να φθορίζουν, επιτρέποντάς τους να προβληθούν σε τρεις διαστάσεις. Η τεχνική, που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από βιολόγους για τη μελέτη της εσωτερικής λειτουργίας των ζωντανών κυττάρων, είναι νέα στη γεωλογία.
Οι αρχαίοι μικροοργανισμοί είναι «λίμνη σκουπιδιών», μεταξύ της πρώιμης ζωής, πολύ μικρό για να το δει κανείς με γυμνό μάτι.
Οι συν-συγγραφείς του Schopf UCLA περιλαμβάνουν μεταπτυχιακούς φοιτητές γεωλογίας Abhishek Tripathi και Andrew Czaja και ανώτερους επιστήμονες Anatoliy Kudryavtsev. Η έρευνα χρηματοδοτείται από τη NASA.
Ο Schopf είναι εκδότης του «Πρώιμου βιόσφαιρου της Γης» και του «Πρωτοζωικού Βιόσφαιρου: Μια Πολυεπιστημονική Μελέτη», συνοδευτικά βιβλία που παρέχουν την πιο ολοκληρωμένη γνώση πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια ιστορίας της γης, από τον σχηματισμό του ηλιακού συστήματος πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια σε εκδηλώσεις πριν από μισό ‑ δισεκατομμύριο χρόνια.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων UCLA
