Oudste fossielen ontdekt in 3,7 miljard jaar oude rotsen uit Groenland

Stromatolieten bestaan ook vandaag nog, maar ze komen alleen voor in erg zoute lagunes, zoals Shark Bay in Australië, of in water dat sterk alkalisch is. Fossiele stromatolieten vormen de oudste bewijzen voor leven op aarde die we tot nu gevonden hebben. Tot hiertoe waren de oudste exemplaren, die algemeen aanvaard worden als bewijs voor leven op aarde, afkomstig uit de Dresser-formatie uit Pilbara in Australië, en die zijn 3,48 miljard jaar oud. 

De nieuwe stromatolieten die nu op Groenland gevonden zijn, zijn zo'n 220 miljoen jaar ouder en zijn dus 3,7 miljard jaar oud. Ter vergelijking: als we vanaf nu 220 miljoen jaar terug gaan in de tijd, zitten we in een periode waarin de dinosaurussen op aarde verschijnen. 

Een stromatoliet van 3,48 miljard jaar oud uit Pilbara in het westen van Australië (foto: James St.John/Wikemedia).

In een artikel in Nature legt onafhankelijk onderzoeker Clark Friend uit hoe hij en een team van Australische geleerden de stromatolieten ontdekt hebben in het zuidwesten van Groenland, in rotsen van wat de Isua supracrustal belt genoemd wordt. De oudste rotsen op aarde die we kennen zijn zo'n 4,2 miljard jaar oud, en in de Isua supracrustal belt ligt het oudste nog overblijvende deel van de aardkorst.

Maar er is wel een probleem: de rotsen in Isua zijn metamorfe gesteenten, dat wil zeggen dat ze gevormd zijn uit sedimentgesteente - gesteente gevormd door afzetting -, dat daarna onderworpen is geweest aan enorme hitte en druk, processen die het gesteente zo goed als altijd vervormen. 

Daardoor was de ontdekking van de stromatolieten een verrassing, zo zeggen de auteurs van de studie in The Guardian. "We verwachten niet bepaald van ze te vinden", zei Friend, die samen met Allen Nutman van de Australische University of Wollongong de rotsen in Groenland al meer dan 35 jaar bestudeert. 

Het team had echter geluk: de sneeuw op een plek die tot nu toe permanent bedekt was, was gesmolten en daardoor was een aardlaag bloot komen te liggen die nog aanwijzingen bevatte van de kenmerken van haar sedimentaire verleden.

De stromatolieten uit de Isua supracrustal belt in Groenland. a toont de stromatolieten, in b wordt er een interpretatie aan gegeven. Strom duidt een enkele stromatoliet aan, stroms zijn een aggregaat van stromatolieten. Waar de verschillende laagjes in de stromatolieten bewaard zijn, is dat aangegeven met de blauwe lijntjes. De rode lijntjes tonen laagvorming in het sediment dat op de stromatolieten is afgezet. c toont een jongere asymetrische stromatoliet en d een reeks koepelvormige stromatolieten uit Wooly Dolomite in het westen van Australië.

Zichtbaar op het oppervlak van de rots, maar zich ook dieper erin uitstrekkend, vormen de nieuw ontdekte stromatolieten piekvormige structuren die een tot vier centimeter hoog zijn. Een aantal ervan zijn koepelvormig, andere lijken meer op haaientanden.

Ze bestaan uit heel dunne laagjes, die gevormd worden doordat de kolonie bacteriën de sedimenten uit het omringende water vangt en bindt. "Het sediment wordt gevangen door algen of bacteriën, of een combinatie van beide", zei Friend. "Je kunt gelijkaardige dingen vinden in Australië, waar ze zich momenteel vormen in Shark Bay."

Welke bacteriën het geweest zijn, weten de onderzoekers niet, wel dat ze in het water geleefd moeten hebben. "We weten dat dat zo is, omdat de sedimenten zelf niet zouden gevormd worden als ze zich niet in water bevonden", zei Friend. Hij voegde er aan toe dat uit de rotsen afgeleid kan worden dat het water hoogstwaarschijnlijk ondiep moet geweest zijn. Voorts kan men uit het materiaal ook nog afleiden dat het klimaat toen de stromatolieten ontstaan zijn, nogal gelijkmatig en warm moet geweest zijn, ondanks het feit dat de jonge zon nog zwak moet geweest zijn. De aanwezigheid van veel koolstofdioxide en/of methaan in de atmosfeer, beide broeikasgassen, zal bijgedragen hebben aan het zachte klimaat, zo stellen de onderzoekers.   

Nog levende stromatolieten uit het Thetis-meer in het westen van Australië.

De ontdekking sluit aan bij recente nieuwe inzichten over het Hadeïcum, het geologisch tijdvak dat loopt van het ontstaan van de aarde tot 4 miljard jaar geleden. Tot nu toe werd gedacht dat de aarde toen een hels oord moet geweest zijn - de naam Hadeïcum is afgeleid van Hades, de Griekse naam voor de onderwereld -, maar recent wordt dat in twijfel getrokken.

"Het idee van de vroege aarde als een plaats die onophoudelijk gebombardeerd wordt door meteorieten, die vooral bestaat uit vulkanen en waar geen water is, is min of meer in rook opgegaan, en nu stellen we ons een eerder modern uitziende planeet voor, met wereldwijde oceanen en een beetje land dat al verschillende honderden miljoenen jaren teruggaat, voor deze fossielen gevonden werden", zo zei Nick Lane, een evolutionair biochemicus aan het University College in Londen, aan The Guardian. 

En hoewel Lane zei dat het verrassend was om de stromatolieten te vinden in de Groenlandse rotsen, gelooft hij dat de omstandigheden op aarde 3,7 miljard jaar geleden het helemaal niet verrassend maken dat er leven kan geweest zijn. Er zijn zelfs recent intrigerende ontdekkingen gedaan die doen veronderstellen dat er 4,1 miljard jaar geleden al organismen kunnen bestaan hebben, en de auteurs van de studie wijzen er ook op dat de zogenoemde "genetische moleculaire klokken" eveneens aantonen dat het waarschijnlijk is dat het leven in die periode ontstaan is. 

"Dit is echt een nieuwe aanwijzing die laat veronderstellen dat de wereld veel 'comfortabeler' was, bij wijze van spreken, voor het leven dan je zelfs in recente boeken kan lezen", zei Lane.

Een voorstelling van de jonge aarde tijdens het Hadeïcum  (illustratie: MarioProtyIV/Wikimedia).

Hoewel de auteurs zeggen dat de vorm van de pas ontdekte structuren, de chemische samenstelling en de laagjes er in, aantonen dat ze gevormd zijn door bacteriën, is lang niet iedereen daarvan overtuigd, en zoals dat steeds het geval is wanneer iemand beweert dat hij een extreem oude vorm van leven ontdekt heeft, wordt dat ook nu zelfs hevig betwist.

Zo is professor Minik Rosing, een oorspronkelijke inwoner van Groenland en professor geologie bij het Statens Naturhistoriske Museum in Kopenhagen, het oneens met bijna elk aspect van de interpretatie van de vondst, zo zei hij aan de BBC..

De bewering dat het om oude stromatolieten gaat, staat of valt volgens hem immers met de veronderstelling dat de specimens afkomstig zijn van een zeldzaam, goed bewaard deel van de oorspronkelijke zeebodem. Maar sinds de rotsen van Isua voor het eerst deel uitmaakten van de oppervlakte van de aarde, zijn ze verwrongen, uitgerekt, in elkaar gedrukt en gekookt door tektonische krachten, zo zei hij. En een andere geoloog noemt de Isua-regio een "geologische treinramp". 

Zo argumenteert hij dat de carbonaten in de rotsen absoluut niet de originele biologische neerslagen sedimenten zijn, maar veel later gevormd werden door reacties met gloeiend heet water met natriumcarbonaat, diep in de aardkorst.

De lijnen die de inwendige laagjes, waarvan gezegd wordt dat ze de oorspronkelijke lagen sediment zijn, tonen volgens professor Rosing in werkelijkheid waar dat water in de begraven rotsen ingesijpeld is. En de koepel- en kegelvormige vormen van de fossielen, zijn volgens hem de typische vormen waarin rotsen met een verschillende sterkte uitgerekt en gewrongen zijn.

"Het is duidelijk te zien op de foto's in de studie dat het om zeer erg vervormde rotsen gaat", zo zei Roslin aan de BBC.

Professor Martin van Kranendonk, een van de auteurs van de studie en een specialist in de oude aarde aan de Australische University of New South Wales, blijft er echter bij dat te midden van de ruwe behandeling die de Groenlandse rotsen in het algemeen ondergaan hebben, er toch kleine stukjes goed bewaard zijn gebleven, waaronder ook de aardlaag waar hier de discussie over gaat. 

"Het zijn uitzonderlijke vensters van bewaring, die ons een beeld geven van wat er zo lang geleden gebeurd is", zo zei Van Kranendonk.

Geobioloog Michael Tice van de Texas A&M University, een van de wetenschappers die de studie nagelezen heeft en goedgekeurd voor publicatie, neemt een standpunt in tussen dat van Van Kranendonk en Rosling. 

"Het probleem met dit soort wetenschap, is dat je naar het leven probeert te kijken nadat de geologie er allerlei akelige dingen mee gedaan heeft. Je wordt beperkt door de natuur. De studie is niet beslissend, maar de bewijsstukken hebben al de tests doorstaan die we konden toepassen", zo zei hij. "Het nut van de publicatie is net om inspanningen te stimuleren om andere voorbeelden te vinden." 

Professor Rosing is het er mee eens dat een gezamenlijk bezoek om de rotsen te bekijken in hun originele omgeving in Isua, de beste manier zou zijn om het geschil op te lossen. En professor Van Kranendonk hoopt dat er nog andere voorbeelden, mogelijk zelfs oudere, te vinden zijn op Groenland.

Wat hen verenigt, is het geloof dat het leven al bijna even lang vaste voet had gekregen op aarde als er sprake is van vaste rotsbodem. En het verlangen om meer te weten te komen over wat dat leven dan wel geweest is... 

Hedendaagse stromatolieten in Shark Bay in Australië.

Als de nieuwe ontdekking bevestigd wordt, heeft ze ook consequenties voor de zoektocht naar buitenaards leven, en ziet Mars er plotseling meer veelbelovend uit als een mogelijke plaats om naar leven uit het verleden te zoeken. 

In een begeleidend commentaarstuk in Nature schreef Abigail Allwood, een expert van de jonge aarde bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, dat de fossielen tonen dat "het leven geen moeilijk, onwillig en onwaarschijnlijk ding is", wat de kansen vergroot dat het ook ontstaan is op Mars en elders in het universum.

Ook astrobioloog Lewis Dartnell van de University of Westminster is het daarmee eens, en volgens hem zouden oude stromatolieten op Mars bovendien beter bewaard blijven dan op aarde

"Het oppervlak van Mars is vandaag erg koud en droog, maar in de tijd dat deze oude rotslagen gevormd werden in Groenland, was Mars een veel warmere en nattere, en dus bewoonbare planeet", zo zei hij.

En hoewel het een hele uitdaging zou zijn om op Mars stromatolieten te vinden met een robot of zelfs met een bemande missie, zouden die stromatolieten, als ze er zijn, een schat aan informatie kunnen opleveren. "We zouden verwachten dat stromatolieten op Mars, zelfs als ze 3,5 of 3,8 miljard jaar oud zijn, beter bewaard zouden zijn dan op aarde, aangezien Mars geen geologische processen zoals platentektoniek heeft doorgemaakt", zo zei Dartnell aan de BBC. En dus zouden de rotsen waarin ze bewaard zijn, in tegenstelling met die op aarde, ook niet vreselijk vervormd zijn.

Mars, de "rode planeet".