среда, 17 июля 2013 г.

Архей. Строматолиты и возникновение жизни.

Архей Возникновение жизни на земле
Холст. Масло. Архей. Пейзаж.
В начале было слово.  Или самовоспроизводящиеся молекулы РНК. А возможно жизнь сама появилась из первичного бульона тогдашнего океана. Доподлинно это никому не известно. Самое далекое прошлое нашей планеты, куда можно заглянуть чтобы выяснить, как зародилась жизнь это архей который расположен во временной шкале около отметки 2.7 миллиарда лет. Это времена, к которым мы относим бесспорные окамененевшие останки живых существ. Взгляните на фото, вот они. Это так называемые строматолиты, которые были в архей самым распространенным живым организмом планеты.
Следы всех прочих существ палеонтологическая летопись до нас к сожалению не донесла. 
Архей Возникновение жизни на земле
Ископаемые строматолиты. Архей.
Возраст окаменелостей 2.7 миллиарда лет
Похожи на обычные слоистые булыжники, скажете вы? Долгое время все так думали, пока однажды в пересоленном заливе Шарк-бей у побережья Австралии не были обнаружены живые строматолиты - самое древнее живое ископаемое планеты, родом еще из архея с почтенным возрастом  2.7 миллиарда лет. Выглядят строматолиты как покрытые слизью известковые булыжники-бочонки, диаметром метр - полтора. Выяснилось, что строматолит образуется как результат жизнедеятельности доселе неизвестного бактериального сообщества, названного цианобактериальным матом .

 Мат это тонкий слой фотосинтезирующих бактерий (цианобактерий или сине-зеленых водорослей как их называли раньше) расположенный на  поверхности создаваемого им бочонка - строматолита: он представляет собой  "ковер" общей толщиной до 2 см, основу которого составляют микроорганизмы.
Архей Возникновение жизни на земле
Современные строматолиты из залива Шарк-бей
На поверхность обитающего в приливной зоне мата течением постоянно приносит частички песка, извести и тому подобного мусора, которые затеняют отдельные участки, постепенно ухудшая условия фотосинтеза - вплоть до неизбежной гибели цианобактерий, его осуществляющих. Спасаясь от неминуемой голодной смерти микроорганизмы мигрируют вверх сквозь накапливающийся слой осадка, бактерии образуют выше него новую поверхность роста. Оказавшиеся таким образом внутри бескислородной зоны мата осадки структурируются и слой за слоем наращивают верхнюю поверхность строматолита; измерения показали, что современные строматолиты прирастают со скоростью около 0,3 мм/год. 
Подчеркнем: вещество, из которого построен стоматолит, не создается матом; последний лишь несколько видоизменяют естественное осадконакопление. Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что это наиболее распространенные морские взвеси, однако при других условиях существования цианобактерий могут формироваться строматолиты фосфатные, кремнеземные, железистые и другие.
Архей Возникновение жизни на земле
Пирит или кошачье золото
Палеонтологи исследуя архейские осадочные породы довольно точно изучили состав тогдашней атмосферы. Первичная атмосфера (содержащая водяные пары, CO2 , CO , CH4 , NH3 , H2S, инертные газы, являющаяся восстановительной) оставалась тонкой, температура поверхности планеты не отклонялась сколь-нибудь заметно от точки равновесия приблизительно 15 градусов С.
Известно, что кислорода в древнейшей атмосфере земли не было.
Доказательство - золотистый минерал пирит (FeS2) или как его еще иногда называют "кошачьем золотом" или золотом дураков, из-за внешнего сходства с настоящим золотом. Увы, жизнь пирита на открытом воздухе недолговечна - при взаимодействии с кислородом он разрушается, распадаясь на оксид железа и серную кислоту, поэтому сейчас он накапливается только в глубинах океана, куда практически не попадает воздух с поверхности, зато есть обилие сероводорода идущего из глубин земной коры. Сколько нибудь длительное существование пирита в соприкосновении с современной атмосферой невозможно, слишком богата она кислородом А вот в древнейших, главным образом катархейских породах вполне можно встретить гальку из пирита, окатанную водами древних рек.
Но вы понимаете, что долго такое продолжатся не могло! С начала архея состав атмосферы стал постепенно меняться. Архейские отложения в океанах уже содержат так называемые джеспилиты (полосчатые железные руды) , представляющие собой чередование бедных и богатых окислами железа слоев. Начало образования железных руд этого типа знаменует собой появление достаточно мощного источника молекулярного кислорода, каковым могли быть только фотосинтезирующие организмы. Впервые джеспилиты обнаруживаются в формации Исуа возраст который датируется промежутком от 3,7 до 3,8 млрд лет.
Активный фотосинтез постепенно изменял планету на протяжении всего архейского периода. Мал да удал как говорится! Маленький размер цианобактериям не помешал, они смогли произвести на планете изменения планетарного масштаба.
Архей Возникновение жизни на земле
График процентного содержания кислорода в атмосфере. Архей - наши дни
Неуклонно выделяя свободный молекулярный кислород на протяжении миллионов лет бактерии меняли планету. Сначала выделенный кислород окислял минералы в морской воде, образовывая джеспилиты. Потом около колоний бактерий стали образовываться области насыщенные кислородом, а потом он начал выделяться в атмосферу. В результате нескольких миллиардов лет деятельности бактерий произошел переход количества в качество - кислорода в атмосфере стало значительное количество, приблизительно 10% от нынешнего.
Посмотрите график: там отмечен процент содержания кислорода в земной атмосферы в различных геологических эпохах, по нему видно последовательное возрастание доли кислорода в течении всего архея.
 Последствия не заставили себя ждать - примерно 2.5 миллиарда лет назад произошла так называемая кислородная катастрофа. Кислород создал условия для развития современной нам жизни, но он же уничтожил большинство представителей тогдашней фауны. Цианобактерии, производящие кислород, стали причиной исчезновения почти всей жизни «до-кислородного» периода. Ко всему прочему именно свободный атмосферный кислород стал причиной периода Гуронского оледенения длившегося около 300 - 400 миллионов лет, а также привел к серьезным изменениям в природе химических взаимодействий на самой планете.
А цианобактерии здравствуют и поныне - они составляют основу фитопланктона, то есть находятся в основании пищевой пирамиды всех современных морей и океанов. Современная наука выделяет к настоящему моменту 1500 видов цианобактерий, список непрерывно растет. Какую роль играют для современной биосферы? Какие симбиотические формы способны образовывать? Об этом позже

3 комментария:

  1. Всё таки нужно хоть чуть-чуть быть знакомым с проблемой, о которой пишите. Строматолиты это порода, а не живой организм, архей спрягается, в Шарк-Бее современные строматолиты, растущие сейчас, а не 2,7 млрд лет назад. Каждая ваша фраза - сплошная геологическая неграмотность.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Вы статью то читали? Или сами с собой разговариваете?

      Удалить
  2. Спасибо,очень познавательно и правильно

    ОтветитьУдалить