Ciò che l’oro degli sciocchi rivela sui primi anni di vita: i cristalli di pirite simili a bacche nascono solo da precursori biogenici

Firmare presto nella vita? Se cristalli sferici di pirite compaiono in un’antica roccia, ciò potrebbe essere un’indicazione di tracce di vita antica. Tali piriti a forma di bacca si formano solo quando la magnetite prodotta biologicamente reagisce con l’acqua termale ricca di zolfo, ha ora dimostrato un esperimento. Le sfere di pirite sono quindi una firma biologica che può aiutare a distinguere tra vere tracce di vita precoce e minerali formati geochimicamente.

Quando e dove è apparsa per la prima volta la vita sulla Terra? Questo non è ancora chiaro perché non ci sono quasi fossili visibili e le prime cellule non si sono conservate. I paleontologi si affidano quindi a prove indirette, inclusi minuscoli fossili a forma cellulare o composti chimici che tipicamente costituiscono gli organismi biologici. Ma il problema è che molte di queste molecole e minerali possono anche avere origine abiotica, fuorviando così i ricercatori.

Dalla magnetite alla pirite

Il minerale pirite (FeS), presente nelle sorgenti termali delle profondità marine, è una potenziale firma biologica dei primi anni di vita.₂) – noto anche come “l’oro degli sciocchi”. Questo complesso ferro-zolfo può avere origine geochimica, ma anche secondariamente da magnetite biogenica (Fe₃EHI₄). Questo ossido di ferro è prodotto da alcuni archaea e batteri che riducono il ferro come parte del metabolismo.

La biosintesi della magnetite rimane diffusa oggi tra gli organismi unicellulari nelle sorgenti idrotermali del fondale marino, sorgenti termali considerate una possibile culla della vita. Ma il problema è che la magnetite non dura a lungo nell’area attorno alle sorgenti marine perché reagisce con i fluidi contenenti zolfo nei fluidi idrotermali per formare pirite. Per quanto riguarda la pirite, è ancora difficile determinare se questo minerale si sia formato bioticamente o abioticamente.

Sorgente idrotermale in laboratorio

Ma ora Eric Runge dell’Università di Tubinga e i suoi colleghi hanno scoperto una caratteristica che indica l’origine preistorica della pirite. Per il loro studio, il team ha ricreato in laboratorio il modo in cui la magnetite interagisce con i fluidi ricchi di zolfo nelle sorgenti termali. Per fare ciò, crearono una miscela di acqua di mare che aveva una temperatura di circa 80 gradi e aveva un basso contenuto di ossigeno e la cui composizione era simile a quella delle sorgenti idrotermali sulla Terra preistorica.

I ricercatori hanno poi aggiunto a questa miscela due diversi tipi di magnetite: un magnete prodotto puramente abioticamente attraverso una reazione chimica e una variante di magnetite prodotta biologicamente dal batterio che riduce il ferro Geobacter sulfurreducens. Entrambi gli approcci sono stati incubati nelle stesse condizioni per diversi giorni. Runge e il suo team hanno quindi esaminato cosa è successo alla magnetite e come si forma la pirite.

Cubi, rami ramificati e palline nodose

Il risultato: “Abbiamo osservato che sia la magnetite non biologica che quella biologica si sono in gran parte dissolte nel giro di poche ore”, afferma Runge. Tuttavia, analisi attente utilizzando un microscopio elettronico a scansione hanno rivelato che le forme cristalline della pirite che forma la magnetite differivano in modo significativo: la pirite con il suo antenato abiotico della magnetite ha sviluppato cristalli di pirite ramificati a forma di albero di Natale o cubi compatti.

La situazione era diversa con la pirite, che è composta da magnetite biogenica: formava strutture più sferiche. “La struttura di questa pirite sferica è simile a quella di un gelso”, spiega il collega di Runge Andreas Kapler. “Si forma in questo modo solo se la magnetite primaria è stata formata da batteri che riducono il ferro.” Tipicamente, i primi “lamponi” di pirite apparivano dopo circa tre settimane di incubazione in acqua di mare calda e contenente zolfo.

Pirite simile a una bacca come firma biologica

“Abbiamo dimostrato che la reazione della magnetite biogenica con l’acqua idrotermale contenente zolfo può portare alla formazione di pirite simile a una bacca”, hanno scritto i ricercatori. Poiché questa forma minerale distintiva non si forma abioticamente, potrebbe servire come prova fossile della prima vita batterica, “in particolare nelle rocce più antiche del nostro pianeta che si sono formate da sorgenti termali”, afferma Kapler.

“La ricerca sulle firme biologiche non consiste solo nel decifrare la storia della vita sulla Terra”, sottolinea l’autore senior Jan-Peter Duda dell’Università di Tubinga. Questi indicatori molecolari sono rilevanti anche nella ricerca della vita extraterrestre. “Sorgenti termali, simili a quelle che si trovano nelle profondità marine, potrebbero esistere sulla luna di Saturno Encelado, per esempio”, dice Duda. “Studi come il nostro forniscono la base per conoscere i loro effetti”. (Comunicazioni Terra e Ambiente, 2024; doi: 10.1038/s43247-024-01400-z)

Fonte: Università Eberhard Karls di Tubinga

17 maggio 2024 – Nadia Podbrigar