Другое дело цианобактериальные маты, которые появились позже. Они формировали осадок иначе: строматолиты росли уже не под матом, а непосредственно внутри него. К этому времени цианобактерии уже полностью освоили фотосинтез: днем они активно захватывали растворенный в воде углекислый газ, а ночью нет. За счет этого в толще мата возникали суточные перепады кислотности среды, на которых гидрокарбонат кальция, растворенный в воде, Ca (HCO
3
2
3
Микроорганизмы, возводя свои постройки, работали не только строителями, но и как фильтры и сорбенты разных элементов, четко отражая особенности окружающей среды во время роста. Строматолиты архейского возраста далеко не всегда сложены чистым карбонатом кальция (известняком), в отличие от более молодых протерозойских, они часто представлены магниевым или железистым карбонатом доломитом (CaMg (CO
3
2
3
2
3
4
2
По сути, строматолиты окаменевшие маркеры Жизни, обнаружив их, можно с уверенностью утверждать, что в это время биосфера уже вовсю преобразовывала каменную оболочку планеты. Древнейшие строматолиты найдены в кратоне Пилбара в Западной Австралии и в зеленокаменном поясе Барбетон в Южной Африке их почтенный возраст составляет 3,53,3 миллиарда лет40; следы жизни в строматолитах Карелии и Приднепровья Украины ненамного моложе 3,13,0 млрд лет41. Не первый год научное сообщество ломает копья о происхождении отложений формации Исуа в Гренландии. Регулярно появляются публикации об их биогенном происхождении. С такой же периодичностью печатаются опровержения. Противники и сторонники подтверждения или опровержения самых ранних следов жизни не могут прийти к консенсусу. Относительно недавно была опубликована статья австралийских геологов в содружестве с британским ученым из Оксфорда Кларком Френдом, утверждающая, что в отложениях формации Исуа в Гренландии сохранились строматолиты возрастом 3,83,7 млрд лет42.
Но в поисках наиболее ранних следов жизни этих исследователей обошли ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе. В микроскопических австралийских цирконах, тех самых, где геологи обнаружили следы урана, биологи рассмотрели зачатки жизни. Они утверждают, что выделенные ими из цирконов наночастицы углерода имеют смещенное изотопное соотношение, типичное для живых систем, то есть, по мнению исследователей, это несомненные следы жизни, существовавшей на Земле 4,1 миллиарда лет назад43. Правда, что это были за организмы и в каких условиях они жили большой вопрос. Да и вообще, был ли мальчик? Вернее, микроб.
Вот, например, какую шутку с исследователями выкинули те же цирконы. Группа немецких и австралийских ученых под руководством Мартины Меннекен обнаружила в кристаллах циркона возрастом 4,3 миллиарда лет микроскопические вкрапления алмазов44 и начала делать далеко идущие выводы. Однако в 2013 году исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде установили, что пресловутые алмазы входили в полировальную пасту, которой обрабатывали цирконы при подготовке к исследованию45.
Геохимия и биохимия. Единство и борьба. Вторая минералогическая революция
⠀
Вник в вещество, впился, как паразит,
В хребет земли неугасимой болью,
К запретным тайнам подобрал ключи
Максимилиан Волошин
⠀
Итак, микроорганизмы принялись преобразовывать планету.
Микробное сообщество, объединившееся в бактериальный мат, могло выжить только на границе трех сред: атмосферы, воды и горной породы. Отсутствие одной из составляющих означало гибель колонии. Но земной ландшафт архейского времени благоволил Жизни. В воздухе преобладали водяные пары и вулканические газы, а содержание CO
2
Странное это было море все побережье покрыто осклизлыми каменными столбами с нашлепками бактериальных матов. Да и берегов нормальных тогда не существовало были безбрежные отмели, которые, не успев обнажиться и просохнуть после отлива, тут же заливались приливными водами. Сутки на планете были еще короткие, и отливы сменялись приливами каждые несколько часов. Такой ныне «вымерший» ландшафт получил название «ни суша, ни море» это был сущий рай для содружеств микроорганизмов. Похожий островок такого ландшафта сохранился у берегов Австралии (Рис. 6).
Рис. 6. Современные строматолиты, растущие в геологическом заповеднике
Хамелин Пул, залив Шарк Бей, Западная Австралия.
Фото: Википедия / Пол Харрисон (CC BY-SA 3.0)
Местами эту панораму нарушали вздымающиеся громады зарождающихся протоматериков, которые обрывались в море черными лавовыми потоками. Вода в океане была мутной, вязкой от взвеси вулканического пепла, растворенного железа, карбонатов, да и морской бриз не отличался свежестью ароматов. Не видно было еще и белоснежных пляжей. Самый распространенный минерал наших дней кварц пока не появился, и песчаные морские побережья дело будущего. Хотя нет, кое-где уже были намыты узкие полоски песков, пока, правда черных. Такие пляжи, сложенные перемытым вулканическим песком, можно увидеть и сегодня в районе действующих вулканов на Курилах или Камчатке, например. Дно океанов к этому времени оказалось полностью выстлано тонкой (относительно, конечно) корой базальтов, а из глубин планеты поступали все новые порции магмы.
Казалось, этот мир будет существовать вечно, но его исподволь начали менять живые организмы.
Из-за низкого содержания кремнезема базальтовые породы очень неустойчивы к атмосферным воздействиям. Изучение керна скважин морского бурения показало, что их разрушение наиболее активно происходит именно на отмелях48. На скорость выветривания базальтов влияют многие факторы: различная соленость воды, агрессивная атмосфера, суточные перепады температуры, но подавляющий вклад в их разрушение (до 75%) вносят микроорганизмы49. Особенно быстро изменения происходят в базальтовом стекле50. Интенсивный химический обмен, который происходит между морской водой и свежей изверженной породой, служит роскошной «кормовой базой» для хемолитотрофных организмов51 (Рис. 7). Бактерии торопятся заселить эти «пастбища», не дожидаясь, пока они остынут. Тут уж кто успел, тот и съел. Исследования, проведенные на стерильном, только что излившемся базальте показали, лишь только лава начинает остывать, первые попавшие на ее поверхность бактериальные споры прорастают и начинают бурное «пиршество» уже при 113 52. И живет эта невидимая глазу мелочь не только на поверхности, но и проникает вглубь, изъедая породу и образуя губчатую сеть полостей микронных диаметров. Проходит всего несколько лет, и горная порода превращается в насыщенное водой «нанорешето». Описаны случаи, когда «прожорливость» бактерий буквально обрушивала скалы: бактерии «подъедают» базальтовые острова до такой степени, что из-за ослабления породы происходят подводные оползни53. И речь не только о современных бактериях в южноафриканских архейских базальтах пояса Барбетон исследованы микроскопические ходы, «выеденные» микроорганизмами. В этих «норках», в ходе бактериально-палеонтологических исследований, обнаружены и «останки» микробов, почивших 3,5 миллиарда лет тому назад54. Ученые, сопоставляя микробные комплексы из древних и современных пород убедились, что архейские базальты были заселены микробами так же густо, как и современные55: каждый кубометр базальтового стекла может «прокормить» до 2,5х10
16
Примечания
1
Цит. по: Лэйн Н. Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности. М.: АСТ: CORPUS, 2018. 480 с.