Палеонтология является важнейшим инструментом для изучения истории жизни. К сожалению, из-за того, что подходящие породы старше 3,5 Га на Земле не сохраняются, нет прямых свидетельств появления первой клеточной жизни и ее раннего развития. Тем не менее, хорошо сохранившиеся раннеархейские породы, от 3,5 до 3,3 Га, предоставляют важную информацию об окружающей среде, в которой появилась и развивалась жизнь, документируя планету, пригодную для обитания анаэробных микроорганизмов, но полностью отличную от сегодняшней Земли.
Таким образом, из-за отсутствия коры, достаточно старой для сохранения следов перехода от пробиотических молекул к клеточной жизни, изучение древнейших сохранившихся ископаемых останков и условий окружающей среды, в которых они встречаются, является важным средством приближения к возникновению жизни.
Морфологические и химические микробиологические следы, восходящие к 3,5 Га, говорят нам о том, что жизнь уже развивалась, фототрофы сосуществовали с химиотерапиями в анаэробном мире и получили широкое распространение. Но когда появилась жизнь? Многие гипотезы предполагают, что жизнь не могла возникнуть до конца гипотетического периода сильных бомбардировок астероидами.
Но степень эволюции жизни, уже продемонстрирована, плюс ее глобальное распространение, позволяют предположить, что возникновение жизни могло произойти во время Хадеана и, теоретически, как только вода конденсировалась на поверхности Земли и достигла температуры около 100°C.
Остатки ранней жизни, хотя и относительно эволюционировали по сравнению с теми, которые должны были быть первыми клеточными формами жизни, дают ценные указания относительно видов впервые появившихся форм жизни и, особенно, среды, в которой, вероятно, произошло появление жизни. Кроме того, экологический контекст сохраненных биосигнатур важен не только для содействия интерпретации и идентификации ранней жизни, что действительно необходимо для понимания, но и имеет решающее значение для понимания ранних условий жизни на Земле.
Таким образом, микробные палеонтологические исследования первых следов жизни дают неоценимую информацию о происхождении жизни. Однако, отсутствие коры Хадеана является огромным ограничением. Тем не менее, если бы жизнь появилась как естественное развитие химических процессов, она могла бы появиться на любом другом внеземном теле, имеющем условия окружающей среды, сходные с теми, которые существовали на ранней Земле. Сюда входят Венера и Марс на ранних этапах их истории, а также ряд других спутников с ледяными корками, таких как Европа и Каллисто, вращающиеся вокруг Юпитера, Энцелада и Титана вокруг Сатурна.
Все они имели воду в контакте с горячей породой и постоянный поток пробиотических молекул, поступавших в метеориты, микрометеориты и частицы кометной пыли, а также углеродные молекулы, образовавшиеся на планетах.
Хадисово-раннее архейское окружение
Хадайская/ранняя Архейская Земля была вулканической и жаркой. После последовавшего за Лунообразующим ударом магматического океана он все еще остывал, о чем свидетельствует весьма специфический тип лавы - комитаты, образовавшиеся из очень горячих магм, которые появились только в начале Земли. Несмотря на то, что кора Хадеана не сохранилась, есть остатки древнеархейской коры.
Большинство из них имеют высокую метафоричность, но два анклава хорошо сохранившихся вулканических образований и осадочных отложений, датируемых 3,5-3,3 Га назад, находятся в Барбетонском зеленом каменном поясе в Южной Африке и Пилбарском кратоне в Австралии. В этих породах наблюдался погребенный метаморфизм - от верхнего прехнита-помпеллитового до нижнего гриншистского фаций. Однако мы увидим, что помимо созревания углерода, связанного с микрофоссилиями, метаморфизм не повлиял на биосигнатуры.
Современный уровень содержания углекислого газа в атмосфере - 21% - является следствием взаимосвязанных биогенных и геологических факторов, биологической составляющей, обусловленной эволюцией кислородных фототрофов. Анаэробные условия являются обязательными для возникновения жизни. Никаких пробиотических реакций в присутствии кислорода не может происходить из-за немедленного окисления восстановленных углеродных соединений.
Можно утверждать, что, учитывая широкое распространение гидротермальной активности и флюидов, температура на границе раздела пород/отложений/воды должна была быть от высокой до высокой. Это означает, что любая жизнь, живущая в этих местах обитания, вероятно, была термофильной. Если бы толща воды была прохладнее, особенно на больших глубинах, то ранние планктонные формы жизни могли бы быть мезофильными. Много споров по поводу состава первых океанов идет, поскольку сохранить композиционные признаки морской воды трудно.
Исследования флюидных включений в раннеархейских породах показывают, что морская вода была, возможно, в два раза солонее, чем сегодня.
Значительное гидротермальное воздействие, по крайней мере, в слоях морской воды вблизи границы раздела осадок/пород, означало, что морская вода была насыщена кремнием. Эта композиционная информация важна, поскольку она влияет на растворители, доступные для микробов, и особенно на сохранение биосигнатур и связанных с ними пород. Также много споров по поводу рН в ранних океанах. Априори при изменении мафиозных и ультраосновных пород образуются щелочные растворы.
В заключение следует отметить, что экологическая обстановка в раннеархейском регионе ограничивает тип и образ жизни населения в этот период. Вся жизнь была анаэробной. Можно было бы предусмотреть возможность развития переносимости небольших количеств кислорода путем мутации организмов, живущих в среде, где кислород вырабатывается абиотическими средствами, например, в фотовой зоне или близко к мелководным гидротермальным источникам.
Те, кто живет в фотовой зоне, должно быть, были радиационно устойчивы. По всем признакам, ранняя Земля представляла собой экстремальную среду обитания, а ее обитатели - экстремофилы. Отметим, что эти экстремальные условия были нормальными на обитаемых планетах в ранней истории Солнечной системы и будут гораздо более распространены на обитаемых планетах в других частях Галактики и Вселенной, чем в настоящее время кислородная среда Земли. Если океаны были более солеными, чем сегодня, то они, вероятно, были галофилами.
На самом деле, Земля сегодня довольно необычна и поэтому должна считаться экстремальной, а кислородные формы жизни на ней - это экстремофилы.