Cuộc sống trên Trái đất đã có một lịch sử lâu dài và hỗn loạn. Các nhà khoa học ước tính rằng khoảng 4 tỷ năm trước, chỉ 500 triệu năm sau khi hành tinh Trái đất hình thành, những dạng sống đơn bào đầu tiên đã xuất hiện. Theo Archean Eon (4 đến 2,5 tỷ năm trước), các dạng sống đa bào được cho là đã xuất hiện. Trong khi sự tồn tại của những sinh vật như vậy (Archaea) đã được suy ra từ các đồng vị carbon được tìm thấy trong đá cổ đại, bằng chứng hóa thạch vẫn còn khó nắm bắt.
Tất cả điều đó đã thay đổi, nhờ một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu từ UCLA và Đại học Wisconsin Wisconsin Madison. Sau khi kiểm tra các mẫu đá cổ từ Tây Úc, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng chúng chứa hài cốt hóa thạch của các sinh vật đa dạng có tuổi thọ 3,45 tỷ năm. Kết hợp với các khám phá ngoại hành tinh gần đây, nghiên cứu này củng cố lý thuyết rằng cuộc sống rất phong phú trong Vũ trụ.
Nghiên cứu có tiêu đề phân tích SIM SIMS về tập hợp vi sợi lâu đời nhất được biết đến đã ghi lại các thành phần đồng vị carbon tương quan với taxon của họ, gần đây đã xuất hiện trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia. Như nhóm nghiên cứu đã chỉ ra, nghiên cứu của họ bao gồm phân tích đồng vị carbon của 11 hóa thạch vi sinh vật được lấy từ loài Apex Chert của Tây Úc ~ 3,45 triệu năm tuổi.
11 hóa thạch này rất đa dạng trong tự nhiên và các nhà nghiên cứu đã chia chúng thành năm nhóm loài dựa trên chức năng sinh học rõ ràng của chúng. Trong khi hai trong số các mẫu hóa thạch dường như đã thực hiện một dạng quang hợp nguyên thủy, một loại khí metan khác được tạo ra rõ ràng. Hai người còn lại dường như là những người tiêu dùng mêtan, họ đã từng xây dựng và duy trì thành tế bào của mình (giống như cách động vật có vú sử dụng chất béo).
Như J. William Schopf - một giáo sư về cổ sinh vật học tại Đại học UCLA và là tác giả chính của nghiên cứu - đã chỉ ra trong một thông cáo báo chí của UCLA Newsroom:
Vào khoảng 3.45 tỷ năm trước, sự sống đã đa dạng trên Trái đất; rằng rõ ràng - quang hợp nguyên thủy, nhà sản xuất mêtan, người sử dụng mêtan. Đây là những dữ liệu đầu tiên cho thấy các sinh vật rất đa dạng tại thời điểm đó trong lịch sử Trái đất và nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã chỉ ra rằng có những người sử dụng lưu huỳnh cách đây 3,4 tỷ năm.
Nghiên cứu này, chi tiết nhất từng được tiến hành trên các vi sinh vật được bảo tồn dưới dạng hóa thạch cổ đại, xây dựng dựa trên công trình mà Schopf và các cộng sự đã thực hiện trong hơn hai thập kỷ. Trở lại năm 1993, Schopf và một nhóm các nhà nghiên cứu khác đã thực hiện một nghiên cứu lần đầu tiên mô tả các loại hóa thạch này. Điều này đã được theo dõi vào năm 2002 bởi một nghiên cứu khác chứng minh nguồn gốc sinh học của chúng.
Trong nghiên cứu mới nhất này, Schopf và nhóm của ông đã thiết lập loại sinh vật nào và mức độ phức tạp của chúng. Để làm điều này, họ đã phân tích các vi sinh vật bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là Quang phổ khối ion thứ cấp (SIMS), cho thấy tỷ lệ giữa carbon-12 và carbon-13. Trong khi carbon-12 ổn định và là loại phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên, carbon-13 là một đồng vị ít phổ biến hơn nhưng tương tự ổn định được sử dụng trong nghiên cứu hóa học hữu cơ.
Bằng cách tách carbon từ mỗi hóa thạch thành các đồng vị cấu thành của nó và xác định tỷ lệ của chúng, nhóm nghiên cứu đã có thể kết luận các vi sinh vật sống cách đây bao lâu, cũng như cách chúng sống. Nhiệm vụ này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu Wisconsin, người được dẫn dắt bởi giáo sư John Valley. Sự khác biệt về tỷ lệ đồng vị carbon tương quan với hình dạng của chúng, Valley nói. Tỷ lệ C-13-to-C-12 của họ là đặc trưng của sinh học và chức năng trao đổi chất.
Theo sự đồng thuận khoa học hiện nay, quá trình quang hợp tiên tiến vẫn chưa phát triển và oxy sẽ không xuất hiện trên Trái đất cho đến 500 triệu năm sau. Khoảng 2 tỷ năm trước, nồng độ khí oxy bắt đầu tăng nhanh. Điều này có nghĩa là những hóa thạch này, tồn tại khoảng 1 tỷ năm sau khi Trái đất hình thành, sẽ sống ở thời điểm mà chúng có rất ít oxy trong khí quyển.
Cho rằng oxy sẽ gây độc cho các loại quang hợp nguyên thủy này, chúng khá hiếm ngày nay. Trong thực tế, chúng chỉ có thể được tìm thấy ở những nơi có đủ ánh sáng nhưng không có oxy, một thứ hiếm khi được tìm thấy kết hợp. Hơn thế nữa, bản thân các tảng đá là một nguồn rất đáng quan tâm vì tuổi thọ trung bình của đá tiếp xúc với bề mặt Trái đất chỉ khoảng 200 triệu năm.
Khi Shopf lần đầu tiên bắt đầu sự nghiệp, các mẫu đá được biết đến lâu đời nhất đã 500 triệu năm tuổi. Điều này có nghĩa là những tảng đá mang hóa thạch mà anh và nhóm của mình đã kiểm tra có tuổi đời như những tảng đá trên Trái đất có thể có được. Để tìm thấy sự sống hóa thạch trong các mẫu cổ xưa như vậy chứng tỏ rằng các sinh vật đa dạng và vòng đời đã phát triển trên Trái đất bởi Archaen Eon đầu tiên, điều mà các nhà khoa học chỉ nghi ngờ cho đến thời điểm này.
Những phát hiện này tự nhiên có ý nghĩa đối với nghiên cứu về cách thức và thời điểm sự sống xuất hiện trên Trái đất. Ngoài Trái đất, nghiên cứu cũng có ý nghĩa vì nó chứng minh rằng sự sống xuất hiện khi Trái đất vẫn còn rất trẻ và ở trạng thái nguyên thủy. Do đó, không có khả năng một quá trình tương tự đã diễn ra ở nơi khác trong Vũ trụ. Như Schopf đã giải thích:
Điều này cho chúng ta biết cuộc sống đã bắt đầu sớm hơn và nó khẳng định rằng cuộc sống nguyên thủy không khó để hình thành và phát triển thành các vi sinh vật tiên tiến hơn. Nhưng, nếu điều kiện phù hợp, có vẻ như sự sống trong vũ trụ sẽ lan rộng.
Nghiên cứu này được thực hiện nhờ tài trợ của Viện Sinh vật học NASA. Nhìn về tương lai, Schopf chỉ ra rằng công nghệ tương tự được sử dụng cho đến nay những hóa thạch này có thể sẽ được sử dụng để nghiên cứu các loại đá do sứ mệnh phi hành đoàn của NASA mang về Sao Hỏa. Theo lịch trình cho những năm 2030, nhiệm vụ này sẽ đòi hỏi phải lấy các mẫu thu được bởi Mars 2020 Rover và đưa chúng trở lại Trái đất để phân tích.
