Jakim cudem potrafi Pan dostrzec skamieniałości drobnoustrojów, które już za życia były niewidoczne gołym okiem, a na dodatek obumarły miliardy lat temu?

– To jest robota na miarę „super Sherlocka Holmesa”, znacznie różniąca się od wykopywania dinozaurów i owijania znalezisk w kilkutonowe pakunki. Nie mamy przecież klasycznych skamieniałości szkieletowych. W tej dziedzinie pracuje się najbardziej wyrafinowanymi metodami analitycznymi, które wymagają dużej cierpliwości, doświadczenia i optymizmu. Szukając najstarszych śladów życia na Ziemi – sprzed ponad dwóch miliardów lat – skupiamy się przede wszystkim na jednokomórkowych mikroorganizmach zwanych sinicami lub cyjanobakteriami. Do naszych czasów nie dotrwały wprawdzie komórki tych zdolnych do fotosyntezy drobnoustrojów, ale na szczęście pozostały ich skamieniałe otoczki i wydzieliny.

Dużo informacji można wydobyć z takich szczątków?

– W ubiegłym roku odbył się pierwszy światowy szczyt badaczy mikroskamieniałości i okazało się, że naprawdę sporo już wiemy. Wyniki badań najróżniejszymi metodami – morfologicznymi, izotopowymi i z użyciem biomarkerów – wskazują, że życie było na Ziemi niemal od początku. Utrwaliło ślady swojego istnienia w osadach, które dziś możemy znaleźć tylko na trzech obszarach: w Afryce Południowej, północno- -wschodniej Australii oraz na Grenlandii i w północnej Kanadzie.

No więc jedziecie tam i? Przecież ze skały nie sterczą kawałki starych kości...

– Paleontolog mikrobiolog zaczyna swoją pracę w kamieniołomie lub naturalnym odsłonięciu skał. Patrzy, jak wygląda tło tego, z czego potem pobierze próbkę. Elementom, które oglądamy przez mikroskop optyczny lub elektronowy, towarzyszą ślady w skali makro – warstewkowania skały czy charakterystyczne zmiany kolorystyczne. To najczęściej są skały węglanowe: wapienie, dolomity, których powstanie wiąże się nierzadko z aktywnością mikroorganizmów. Ale mogą to być także mułowce, jakiś łupek, piaskowiec. Wtedy pobieramy próbki. Potem trzeba wiele uporu, bo czasami musimy obejrzeć pod mikroskopem setki płytek z kilkudziesięciu odsłonięć. Jednak przychodzi taki moment, gdy łapie się byka za rogi i się trafia. To loteria w naszej pracy paleomikrobiologicznej czy astromikrobiologicznej, bo badamy też meteoryty.

Meteoryty? A po co?


– Jeśli mamy szukać życia na Marsie, to nie zielonych ludzików albo jakichkolwiek bardzo złożonych form, tylko właśnie mikroorganizmów. To dlatego NASA przejęła amerykańskie ośrodki, które zajmowały się skamieniałościami prekambryjskimi. Panuje przekonanie, że jeśli na Marsie znajdziemy ślady życia, to będą pochodziły właśnie z prekambru, sprzed 4–3,5 mld lat.

Wróćmy jednak na Ziemię. Jak w próbce skały dostrzec ślady drobnoustrojów?

– Stosujemy technikę nadtrawiania. Prostą, można nawet powiedzieć chamską, metodę: wygładzamy kawałek skały i traktujemy go różnymi kwasami – od organicznych po zwykły kwas solny. Dzięki temu możemy wydobyć pozostałości sinic. To są najczęściej twory o kształtach sferycznych, pałeczkowatych, nitkowatych.

Przeciwnicy tej metody twierdzili, że takie proste formy mogły powstać w skałach bez udziału życia, a tylko zaangażowani w badania naukowcy usilnie dopatrują się tu śladów aktywności biologicznej.

– Tak, jest takie ryzyko, nawet duże. Większość mikroskamieniałości ma bardzo prostą budowę. Dlatego najważniejszą sprawą jest dotarcie do takich osadów, w których ślady biologiczne występują masowo, bo w pojedynczych przypadkach fantazja badacza zaczyna podpowiadać mu jakieś cudowne formy. Tym bardziej satysże analizujemy skały, w których ślady życia podlegały różnym przemianom termicznym i ciśnieniowym. Bywa i tak, że badanie morfologiczne nie przynosi informacji, czy mikroorganizmy brały udział w tworzeniu danej skały. Albo daje niejednoznaczne wyniki. Stąd potrzeba stosowania dodatkowych technik analitycznych.

Jakie metody pchnęły tę dziedzinę naprzód?

– Przede wszystkim badania biomarkerowe i izotopowe. Te ostatnie przydają się w sytuacji, gdy analizujemy materię organiczną. Zazwyczaj jest ona bogata w lekkie izotopy węgla. Ta metoda zrobiła furorę w analizie najstarszych skamieniałości, ale – jak to w nauce – życie nie okazało się aż tak piękne. Odkryto, że czasem wystarczy w kawałku skały dość mocno podgrzać tlenek i dwutlenek węgla oraz wodór, by powstała materia dająca dość podobny sygnał izotopowy. Wiarygodność tej techniki nieco więc spadła.

A metody biomarkerowe?

– Opierają się na obserwacji, że gdy jakaś biomasa ulega rozkładowi, to zawsze coś z niej zostaje. Przede wszystkim kwasy tłuszczowe, bo one najlepiej się zachowują w procesie degradacji. Techniką chromatografii gazowej wytypowano całą masę takich związków oraz ich pochodnych. Można je przyporządkować określonym grupom organizmów i nie tylko odróżnić skamieniałość od wytworu geologicznego, ale nawet stwierdzić, czy mamy do czynienia z bakteriami lub sinicami, czy może komórkami jądrowymi. Ale i ta metoda ma swoje ograniczenia. Wynikają one z zanieczyszczenia skał substancjami przenikającymi przez skorupę ziemską w formie roztworów. Dlatego nie zawsze coś, co się znajduje w osadzie, pochodzi z tego samego okresu, co otaczająca obiekt skała.

W takim razie kiedy ma Pan pewność, że badany materiał jest mikroskamieniałością?


– Jeśli spełnione są wszystkie trzy kryteria: morfologiczne, izotopowe i biomarkerowe. Mogę wtedy spać spokojnie i wysłać pracę naukową do publikacji.

A co z Pana ulubioną metodą porównywania próbek sprzed miliardów lat ze znaleziskami z wciąż istniejącego jeziora Van?


– To jest kolejny klucz, który udało mi się zdobyć wiele lat temu, gdy jeszcze tą metodą nie pracowano. Wówczas sięgano po dawne osady i próbowano w nich coś znaleźć, ale przyjmowano, że morze to morze – dużo wody, która się specjalnie nie zmienia. Miałem szczęście, że w tamtych czasach byłem na stypendium Fundacji Humboldta u znanego geochemika niemieckiego Egona Degensa. Wrócił on właśnie do Europy po wielu latach pracy w USA i miał zupełnie inne spojrzenie na tę sprawę. Na moich oczach powstawał model wczesnego oceanu, kompletnie odmiennego od dzisiejszego. Nie miało więc sensu porównywanie procesów zachodzących w oceanie wówczas i obecnie. Degens kierował dwiema ekspedycjami do jeziora Van we wschodniej Turcji, które ma bardzo wysokie zasadowe pH i jest silnie wysycone minerałami węglanowymi. Jego hydrochemia dobrze imituje wczesny ocean, a żyjące w nim bakterie i sinice wytwarzają formy niemal identyczne z odnajdowanymi w skałach prekambryjskich. I z jednej strony była to duża satysfakcja, a z drugiej – konsternacja dla wielu zasłużonych kolegów siedzących w tej branży, którzy na coś takiego nie wpadli.

To chyba najbardziej przekonujące – pokazać w publikacji obok siebie niemal identyczne zdjęcia współczesnych struktur i tych sprzed miliardów lat.

– O to chodziło! Na zeszłorocznym forum szczęki im trochę opadły. Nawet nie było nad czym dyskutować.

Jak w takim razie wyglądały początki życia w pierwotnym oceanie?

– Jest szereg wykluczających się wzajemnie koncepcji. Niesłychanie istotne są tu założenia: skąd się wzięła woda, jak wyglądał protoocean, jaka była jego hydrochemia, jakie było zagęszczenie form żywych.

Ale ma Pan pewnie swoją wizję, teorię, która najbardziej Pana przekonuje?

– Nie mam, bo nie wolno mieć żadnej. Właśnie udowodniliśmy, że sinice występowały masowo 2,5 mld lat temu. Jeśli teraz dowiedziemy, że były i 3,5 mld lat temu, to zmieni się pewien dogmat, według którego przez setki milionów lat atmosfera na Ziemi była beztlenowa. Bo to zupełnie inna bajka, gdyby atmosfera miała nawet choćby 5 proc. tlenu. Byłbym więc bardzo ostrożny w kwestii wyglądu wczesnej Ziemi w czasach, gdy już potrafiła utrzymać życie.

Ale warunki w praoceanie były zbliżone do tych w jeziorze Van?

– Raczej tak. Może pH było nie 9,6 tylko 9,4. Protoocean miał też znacznie wyższą temperaturę – od 50 do nawet 75 czy 80 stopni Celsjusza. Byłby to więc raj dla termofili (organizmów lubiących gorąco), które znamy i dziś. Ale czy tak musiało być na całej planecie? Ona już się kręciła, występowały na niej zmiany dobowe i sezonowe. Zapewne nie wszędzie dopływało tyle samo gorącej wody spod skorupy ziemskiej. Pewnie nie wszędzie panowało takie samo pH. Do tego atmosferę przesycały ogromne ilości pary wodnej. Trudno sobie wyobrazić ówczesny cykl hydrologiczny.

Pierwsze organizmy żyły w toni wodnej czy przy brzegach?

– Zawsze zakładano, że to był plankton. Przyjmowano, że zamieszkiwał on stosunkowo wąski wycinek toni wodnej, gdzie jeszcze docierał tlen i światło, ale już nie ultrafiolet. Z drugiej strony, sinice wytwarzają barwniki nie tylko służące do fotosyntezy, ale także chroniące je przed szkodliwym promieniowaniem. Mogły więc kolonizować strefy pływowe czy płycizny. Z badań współczesnych sinic wiemy, że często występują w dużej masie, tworząc tzw. maty. Mamy cienką warstwę sinic, a pod nią żyją rozmaite bakterie beztlenowe. To jest układ, który prawdopodobnie funkcjonował od zawsze. Tylko że te bakterie nie przetrwały w żadnym zapisie kopalnym.

Jeśli taki zespół spełniał warunki do skolonizowania planety, to po co powstała cała reszta form żywych?


– To pytanie wciąż gnębi paleobiologów. I zresztą nie tylko to jedno. Jak powstało życie na Ziemi? Skąd się wzięło? Czy od razu na poziomie zarówno komórek bezjądrowych (np. bakterie), jak i jądrowych? Jeśli zaś powstało najpierw jako bezjądrowe, to dlaczego przez ponad półtora miliarda lat trzeba było czekać na komórki jądrowe? Dlaczego przez kolejny miliard pozostawało w formie jednokomórkowej? Czemu powstały wyżej zorganizowane, makroskopowe formy życia, skoro jednokomórkowe genialnie sobie radziły? Cała ta ewolucyjna ścieżka pełna jest pytań, zygzaków i przerw...