Science

Mineral besi-belerang menjadi saksi kehidupan paling awal di bumi

Gambar mikroskop elektron dari kristal pirit bulat yang terbentuk dalam percobaan dengan magnetit biologis. Diameter strukturnya sekitar lima mikrometer.

Sebuah tim peneliti di Universitas Tübingen dan Göttingen telah menemukan bahwa mineral tertentu dengan bentuk yang khas dapat mengindikasikan aktivitas bakteri di ventilasi hidrotermal – atau perokok hitam – di laut dalam beberapa miliar tahun yang lalu. Ini merupakan langkah besar dalam pemahaman kita tentang asal usul kehidupan. Penelitian tersebut, dipimpin oleh Eric Runge dan Profesor Jan-Peter Duda (sekarang keduanya di Universitas Göttingen) serta Profesor Andreas Kappler dan Muammar Mansor, ahli geomikrobiologi di Universitas Tübingen, telah diterbitkan dalam edisi terbaru

Catatan geologis menunjukkan bahwa sumber air panas telah ada di planet kita setidaknya selama 3,77 miliar tahun. Para peneliti menganggap bahwa, karena kondisi fisik dan kimianya yang sangat dinamis, sistem sumber air panas mungkin telah melahirkan zat organik dan kehidupan pertama di Bumi. Sistem serupa diperkirakan ada di planet lain di tata surya kita, sehingga menunjukkan bahwa kehidupan juga bisa ada di sana.

Menelusuri jalur evolusi

“Untuk memahami bagaimana kehidupan berasal, kami mengikuti evolusi mikroorganisme miliaran tahun yang lalu. Untuk melakukan hal ini, kami mencari jejak kehidupan, yang kami sebut biosignatures, pada batuan tertua di bumi,” jelas Eric Runge. yang melakukan penelitian di Universitas Tübingen dalam kelompok kerja Emmy Noether yang didanai DFG dan dipimpin oleh Jan-Peter Duda sebelum kedua ilmuwan tersebut pindah ke Universitas Göttingen. Runge mengatakan tidak selalu jelas apakah mineral dalam batuan terbentuk oleh organisme hidup seperti mikroorganisme atau hanya melalui proses kimia dan fisik. “Kami menyempurnakan pencarian tanda-tanda biologis, mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mineral yang terbentuk secara biologis berubah dalam periode geologi yang panjang,” katanya.

Salah satu tanda biologis yang sangat menjanjikan adalah mineral pirit besi-belerang – “emas bodoh” – yang melimpah di ventilasi hidrotermal di dasar laut. Pirit dapat terbentuk secara langsung atau sekunder dari mineral magnetit ketika bereaksi dengan cairan kaya sulfur yang ditemukan di dalamnya. Yang terpenting, hal ini terjadi dalam berbagai bentuk. “Dalam analisis kami, pirit dalam bentuk bola yang khas terbukti sangat menarik, dengan struktur yang mirip dengan raspberry,” lapor Andreas Kappler. “Ia hanya terbentuk dalam bentuk ini ketika bahan awalnya – magnetit – dibentuk oleh bakteri pereduksi besi.”

Dibuat ulang dalam percobaan

Tanpa adanya udara, bakteri tertentu dapat tumbuh dan menghasilkan energi dengan mentransfer elektron dari makanannya, bukan ke oksigen – seperti yang dilakukan manusia dan hewan lainnya – tetapi ke besi yang teroksidasi. Hal ini berkurang dan magnetit dapat terbentuk; sebuah proses yang tersebar luas di ventilasi hidrotermal di dasar laut saat ini. Dalam percobaannya, tim peneliti kini telah mensimulasikan bagaimana magnetit bereaksi secara kimia dengan cairan kaya sulfur yang dihasilkan di sana. Untuk melakukan hal ini, mereka mengambil magnetit yang terbentuk secara non-biologis dan magnetit yang terbentuk secara biologis dalam kultur bakteri, dan memaparkannya secara terpisah pada kondisi yang berlaku di habitat ekstrem bakteri pembentuk magnetit saat ini di sekitar perokok kulit hitam.

“Kami mengamati bahwa magnetit non-biologis dan biologis sebagian besar larut dalam beberapa jam. Namun, penyelidikan kami menggunakan mikroskop elektron pemindaian, yang dilakukan di Fasilitas Inti Mikroskopi Struktural (TSM) Tübingen, menunjukkan bahwa bentuk kristal dari magnetit non-biologis dan biologis sebagian besar larut dalam waktu beberapa jam. produk transformasi berbeda secara signifikan setelah beberapa minggu,” lapor Runge. “Sementara kristal pirit – bercabang dan berbentuk seperti pohon cemara – terbentuk dalam percobaan dengan magnetit non-biologis, pirit dalam percobaan dengan magnetit biologis lebih berbentuk bola.” Pirit berbentuk bola seperti itu dapat menjadi bukti fosil kehidupan awal bakteri, kata Kappler, “terutama pada batuan tertua yang terbentuk dari sumber air panas di planet kita.”

“Namun, penelitian mengenai biosignature tidak hanya relevan untuk menguraikan sejarah kehidupan di Bumi,” kata Jan-Peter Duda. “Mata air panas, mirip dengan yang ada di dasar laut, bisa terjadi misalnya di bulan Saturnus, Enceladus. Jika ada kehidupan di sana, kemungkinan besar itu adalah mikroorganisme. Penelitian seperti yang kami lakukan memberikan dasar untuk mengenali jejak organisme tersebut.”

Ventilasi hidrotermal di dasar laut, yang dikenal sebagai perokok hitam, mengeluarkan cairan panas vulkanik yang kaya akan logam terlarut dan belerang. Lingkungan ini merupakan oase aktivitas mikroba di dasar laut.

Dalam studi lapangan terhadap perokok kulit hitam, robot digunakan hingga kedalaman 3000 meter; mereka dilengkapi dengan teknologi sensor ekstensif dan dapat mengambil sampel cairan dan batuan.

Publikasi:

Eric Runge, Muammar Mansor, Tsz Ho Chiu, Jeremiah Shuster, Stefan Fischer, Andreas Kappler & Jan-Peter Duda: Sulfidasi hidrotermal magnetit biogenik menghasilkan pirit mirip framboid. https://doi.org/10.1038/s43247'024 -01400-z

Source

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button