Sekitar 4 miliar tahun lalu, di masa lalu Bumi yang sangat jauh, bentuk kehidupan paling awal di planet kita entah bagaimana muncul dari sup kimia purba.

Nyaris tidak ada sisa dari organisme paling awal yang pernah menghuni Bumi. Waktu dan proses geologi telah mengubah apa pun yang tersisa hingga hampir tak bisa dikenali lagi.

Tapi di beberapa formasi batuan kuno yang langka di seluruh dunia, bisa ditemukan lapisan-lapisan yang diyakini ilmuwan sebagai sisa fosil dari lapisan mikroba – biofilm lengket tempat koloni organisme bersel tunggal tinggal.

Beberapa jejak kehidupan ini telah ditanggali berasal dari 3,7 atau 3,8 miliar tahun lalu, berdasarkan usia lapisan batuan di sekitarnya.

Tapi sekarang, tim ilmuwan yang dipimpin oleh geolog Trisrota Chaudhuri dari Geological Survey of India berhasil menanggali langsung material yang tertanam di dalam apa yang tampaknya sisa-sisa komunitas mikroba purba yang hidup dan mati 3,5 miliar tahun silam.

“Menemukan material biologis yang terawetkan dengan baik dan zirkon yang bisa ditanggali dalam satu batuan yang sama sangatlah langka di sejarah awal Bumi,” kata Chaudhuri kepada ScienceAlert.

“Ketika ini memungkinkan, usia batuan dan bukti kehidupan bisa dihubungkan secara langsung, memberikan bukti usia yang jauh lebih kuat berbasis isotop untuk kehidupan purba.”

Waktu, cuaca, dan geologi tidak ramah pada material yang pernah hidup – dan semakin jauh kita melihat ke belakang, semakin langka rekaman fosilnya. Menemukan tulang fosil dari beberapa juta tahun lalu saja sudah jarang; rekaman invertebrata yang lebih tua bahkan lebih langka lagi.

Tapi, dengan kondisi yang tepat, jejak mikroba mati bisa dengan cepat terperangkap dalam silika, mengawetkannya sebagai lapisan karbon tipis yang bisa bertahan meski batuan di sekitarnya berubah oleh panas dan tekanan.

Jadi ketika Chaudhuri dan koleganya menemukan lapisan karbon yang terjepit di dalam rijang berpola garis purba di dalam Singhbhum Craton, salah satu blok kerak benua tertua yang masih bertahan di Bumi, firasat mereka langsung bergerak.

“Awalnya, saya tidak menyangka akan menemukan bukti kehidupan purba,” katanya. “Saya tertarik mengetahui sumber dan jalur geokimia yang membuat karbon ini terawetkan dalam batuan ini.”

Karbon setua ini bisa punya beberapa sumber. Bisa jadi dihasilkan oleh proses non-biologis, seperti vulkanisme, atau bisa jadi sisa-sisa sesuatu yang dulu pernah hidup.

Untuk menunjukkan bahwa lapisan karbon itu bisa jadi sisa mikroba purba, para peneliti harus memastikan tiga hal: Pertama, bahwa karbon itu asli dari batuan tersebut, bukan masuk belakangan saat peristiwa geologi; bahwa ia bisa punya asal-usul biologis; dan bahwa strukturnya konsisten dengan lapisan mikroba.

Pertama, mereka menggunakan teknik yang disebut spektroskopi Raman – intinya, memakai laser untuk menyinari karbon guna memeriksa strukturnya, yang kemudian mengungkap sejarah pembentukan dan perubahannya.

Ini membantu mereka menentukan bahwa suhu maksimum yang pernah dialami karbon itu sepanjang ‘hidupnya’ adalah antara 324 dan 369 derajat Celsius.

Kedengarannya panas, tapi masih dalam rentang di mana tanda biologis bisa tetap terjaga. Sementara itu, karbon yang terperangkap di urat-urat kuarsa yang lebih muda telah terpanaskan ke suhu yang jauh lebih tinggi. Suhu yang relatif lebih rendah pada lapisan karbon halus ini menunjukkan bahwa ia adalah bagian dari batuan asli, bukan disusupkan belakangan saat peristiwa cairan panas.

Lalu para peneliti melihat isotop karbonnya.

“Mikroorganisme lebih suka menggunakan isotop 12C yang lebih ringan saat metabolisme (proses biologis untuk menjebak karbon dan menghasilkan energi sebagai produk sampingan), sehingga materi organik mereka kehabisan 13C,” jelas Chaudhuri.

Benar saja, material yang diambil sampelnya sangat kekurangan karbon-13, dengan tanda isotop khas karbon biologis purba, yang menandakan sesuatu kemungkinan besar pernah hidup.

Terakhir, karbon itu muncul dalam lapisan super tipis yang berulang, berselang-seling dengan material kaya silika, membentuk struktur berlapis yang konsisten dengan sisa-sisa lapisan mikroba.

Masing-masing poin ini sendiri tidak akan cukup untuk mengidentifikasi material itu sebagai biologis; tapi, jika digabungkan, mereka menyajikan argumen yang sangat meyakinkan.

“Kami harus menggunakan beberapa jalur bukti independen untuk memastikan bahwa karbon itu berasal dari biologis,” kata Chaudhuri kepada ScienceAlert.

Itu akhirnya membawa kita pada penanggalan, dan bagian ini sangat keren.

Tertanam dan terseling di antara lapisan karbon berlapis itu, para peneliti menemukan kristal zirkon mungil – mineral yang memungkinkan penanggalan sangat presisi.

Itu karena saat zirkon terbentuk, ia menyerap uranium tapi sangat menolak timbal. Uranium meluruh secara radioaktif menjadi timbal pada laju yang sangat presisi dan sudah diketahui. Jadi, sebagian besar timbal yang terkumpul di dalam kristal berasal dari peluruhan uranium.

Dua isotop uranium dan peluruhan berikutnya menjadi timbal digunakan untuk penanggalan zirkon. Ilmuwan bisa melihat rasio uranium terhadap timbal dalam sampel zirkon dan membuat perkiraan yang sangat presisi kapan kristal zirkon itu terbentuk.

Para peneliti menganalisis delapan kristal zirkon dalam batuan berkarbon itu. Empat di antaranya telah terganggu selama sejarah geologinya yang panjang, tapi empat sisanya memberikan usia yang cocok, mengelompok ketat sekitar 3,5 miliar tahun.

Tapi sekadar menemukan zirkon purba di lapisan karbon saja tidak cukup. Kristal itu sendiri bisa jadi lebih tua dari sedimennya, terkikis dari batuan lain sebelum terbenam di dalamnya.

Sebaliknya, beberapa ciri zirkon menunjukkan bahwa mereka adalah material vulkanik segar yang diendapkan saat rijang berkarbon itu terbentuk. Artinya, usia mereka bisa menentukan usia endapan itu sendiri: 3,497 miliar tahun, dengan toleransi sekitar 5 juta tahun.

“Erosi zirkon detrital seharusnya menghasilkan banyak usia yang lebih tua dan sudah ada sebelumnya,” jelas Chaudhuri. “Zirkon detrital, karena abrasi erosi, bentuknya membulat.”

Sebaliknya, zirkon dari Bhitardari adalah kristal mungil, memanjang, seperti jarum.

“Kami menginterpretasikannya sebagai zirkon yang mengkristal dari vulkanisme dan terperangkap di dalam rijang saat batuan itu terbentuk,” katanya.

Ini tidak menjadikan material Bhitardari sebagai bukti kehidupan tertua yang pernah ditemukan. Ilmuwan telah melaporkan kemungkinan jejak yang ratusan juta tahun lebih tua.

Yang membuat penemuan ini begitu menarik adalah kuatnya hubungan antara bukti biologis dan usianya. Alih-alih menyimpulkan usia dari geologi sekitarnya, para peneliti punya jam radiometrik yang benar-benar tertanam di endapan yang sama.

“Ini penting karena membantu kita menentukan kapan kehidupan sudah ada di Bumi awal, memberi kita gambaran yang lebih jelas tentang seberapa cepat kehidupan muncul dan bagaimana lingkungan paling awal Bumi mungkin mendukungnya,” kata Chaudhuri.

Terkait: Studi Mencengangkan Temukan Kehidupan di Bumi Muncul 4,2 Miliar Tahun Lalu

Bumi 3,5 miliar tahun lalu adalah tempat yang sangat berbeda dari dunia subur dan hangat yang kita tinggali sekarang. Kadar oksigen sangat rendah, dan proses vulkanik serta hidrotermal yang panas mendominasi.

“Yang paling luar biasa menurut kami adalah studi ini kembali menegaskan bahwa kehidupan primitif berkembang di dunia yang secara kimia ekstrem 3,5 miliar tahun lalu. Mikroorganisme ini hidup berdampingan dengan vulkanisme aktif, di lautan yang kaya besi dan silika,” kata Chaudhuri.

“Rijang karbonan Bhitardari kembali menegaskan bahwa kehidupan tidak sekadar bertahan di Bumi awal yang tenang; ekosistem mikroba sudah menempati dan beradaptasi dengan lingkungan vulkanik yang dinamis dengan sangat cepat dalam sejarah Bumi.”

Temuan ini telah dipublikasikan di Proceedings of the National Academy of Sciences.