When and how life first emerged on the Earth is an area of intense research. Signs of the first life on Earth, including morphological fossils, are scarce and hard to interpret. An alternative approach is to study organic biomarkers, which are molecular fossils commonly considered as bona fide biosignatures.

The main objective of the project is to develop an approach for analysis of single oil-bearing fluid inclusions and most importantly the detection of organic biomarkers in these inclusions. Analysis of oil-bearing fluid inclusions is advantageous since the inclusions may provide an uncontaminated sample source of Precambrian hopanes and steranes, which are key biomarkers for tracing the early evolution of life on Earth. Due to the presence of several inclusion generations, single inclusion analysis is desired in order to constrain biomarkers to specific inclusions. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) could be an excellent tool for analysis of these types of samples.

The development of the approach for analysis of single oil-bearing inclusions was done in a two-step process; i) a number of crude oils were analysed with ToF-SIMS and gas chromatography mass-spectrometry (GC-MS) to facilitate interpretation of ToF-SIMS spectra of these types of samples and, ii) a procedure that combines micrographs with ion etching and ToF-SIMS analysis was developed for analysis of inclusions. The feasibility of the technique was demonstrated for oil inclusions from the Siljan impact crater in which hopanes and steranes where detected. Single oil-bearing fluid inclusions trapped in mid-Proterozoic sandstones from Northern Australia were subsequently analyzed, and steranes and hopanes were detected in these inclusions. If applied on older inclusions this approach may help answer some of the questions regarding the emergence and evolution of life on Earth, and if applied on extraterrestrial samples, also the possibility of life on other planets and moons.

Livets uppkomst och tidiga utveckling på jorden är ett hett forskningsfält. Hur och när livet och dess olika domäner (arkéer, bakterier och eukaryoter) uppstod på jorden är fortfarande oklart vilket beror på att de första tecknen på liv, vilka inkluderar morfologiska fossil, spårfossil och isotoper, är få och svåra att tolka. Ett alternativt sätt att studera det tidiga livet är att studera organiska biomarkörer som är organiska molekyler som anses unika för liv.

Huvudmålet med projektet är att utveckla en metod som kan detektera organiska biomarkörer i enskilda oljebärande vätskeinneslutningar. Vätskeinneslutningar, som är små mängder vätska (picoliter) infångad in en sten, är intressanta då de är en potentiell provkälla för prekambriska (äldre än 500 miljoner år) biomarkörer, som hopaner och steraner, vilka används för att utforska livets tidiga utveckling på jorden. Analys av enskilda inneslutningar är emellertid oftast nödvändigt för att kunna tidsavgränsa biomarkörer. På grund av att de flesta inneslutningar är små (10 µm i diameter) är det inte möjligt att analysera en enskild vätskeinneslutning med standardtekniken gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS). Time-of-flight secondary ion mass spektrometri (ToF-SIMS) med sin höga känslighet, höga massupplösning och kapacitet för 2D-representation av analysdata och djupprofilering av prover är en utmärkt teknik för analys av enskilda inneslutningar.

Metoden för analys av enskilda inneslutningar utvecklades i två steg. Först analyserades ett antal råoljor med ToF-SIMS och GC-MS för att underlätta förståelsen av ToF-SIMS-spektra från dessa typer av prover. Därefter utvecklades en metod som bestod av mikroskopering för att lokalisera inneslutningen, jonetsning för att öppna inneslutningen och ToF-SIMS analys av det exponerade innehållet. Metoden testades framgångsrikt på enskilda inneslutningar i hydrotermala vener av flusspat och kalcit i ordovicisk (488-443 miljoner år sedan) kalksten. Därefter användes den utvecklade metoden för att analysera enskilda vätskeinneslutningar i 1,43 miljarder år gammal sandsten från norra Australien, i vilka hopaner och steraner detekterades. De detekterade steranerna visar att trots att havet under denna tid var syrefritt existerade det lokala syrerika miljöer där eukaryoter kunde överleva. Om den utvecklade metoden används på ännu äldre inneslutningar, vilka har daterats till 3,2 miljarder år, kan den komma att svara på några de mest fundamentala frågorna kring livets uppkomst och tidiga utveckling. Om metoden används på utomjordiska prover kan den svara på frågan om det finns liv på andra planeter eller månar.