Самые старые доказательства «сухопутной» жизни на юной Земле

23 июля 2018



Самые ранние доказательства жизни на молодой Земле датируются примерно 3,5 миллиардами лет назад, и, как правило, они происходят из океана в виде окаменелых микробов в древних камнях. Теперь ученые, работающие на поясе Барбертон-Гринстоун в Южной Африке, где сохранились одни из самых старых камней на Земле, находят доказательства «сухопутной» микробной жизни, которым, по их оценкам, около 3,22 миллиарда лет. Результаты исследования, опубликованные 23 июля 2018 года в «Nature Geosciences», представляют самые старые признаки наземной жизни на нашей планете, которые обнаружены на настоящий момент. «Эта работа представляет собой самые старые и наименее однозначные доказательства, которые мы имели до сих пор, того, что жизнь существовала на суше уже 3,2 миллиарда лет назад», — пишет в электронном письме в «The Scientist» Курт Конхаузер, профессор наук о Земле и атмосфере в Университете Альберты в Канаде, который не участвовал в работе.

1. Кристоф Хьюбек из Университета Свободы в Берлине, Германия (слева) и Мартин Хоманн (справа) забирают образец лавы в заброшенном золотом руднике недалеко от Sheba Mine, пояс Барбертон-Гринстоун.

Исследователи обнаружили больше ископаемых свидетельств о самой ранней микробной жизни в мелководных морских отложениях, что поддерживает доминирующую теорию о том, что 3 миллиарда лет назад большая часть Земли состояла из океанов, чередующихся с вулканическими островами. Доказательства существования жизни на суше до сих пор было сложно найти. Отчасти потому, что древние морские породы лучше сохраняются, чем земные осадочные породы. Другая причина, по словам Мартина Хоманна, постдока в Европейском институте морских исследований (IUEM) в Бресте, Франция, кроется в том, что очень старые наземные осадочные породы трудно отличить от морских, потому что, так называемые, индексные окаменелости (окаменелости, помогающие определить возраст окружающей среды и скал) этого раннего периода истории Земли отсутствуют.

По мнению авторов исследования, ранее наиболее старыми найденными окаменелыми останками микробов на суше были окаменелости возрастом около 2,7 миллиарда лет. Они были обнаружены в отличном от пояса Барбертон-Гринстоун месте в Южной Африке и в Австралии. В исследовании, опубликованном в прошлом году, ученые анализировали некоторые камни из тех, которые они интерпретировали как окаменелые термальные минеральные источники в регионе Пилбара Западной Австралии. Хотя прошлогодняя работа, по словам Конхаузера, предполагала, что 3,5-миллирднолетние вулканы, возможно, были на суше, только текущее исследование является окончательным доказательством того, что было обширное воздействие континентальной коры на поверхность Земли 3,2 миллиарда лет назад. Для нынешнего исследования Хоманн и его коллеги сосредоточились на древних осадочных скалах, известных как группа Moodies Group в поясе Барбертон-Гринстоун, возраст которых ранее был определен геологами примерно в 3.22 миллиарда лет. Там команда обнаружила то, что известно как окаменелые бактериальные маты, состоящие в основном из отпечатков бактерий и археев, они являются одними из самых ранних сохранившихся форм жизни. Живя на ранней Земле, эти микробные сообщества — бактериальные маты, перемешались и упаковались вместе с осадочной породой из круглых камней разных размеров, образовав то, что геологи называют конгломератами.

2. 15-сантиметровый интервал окаменелых микробных матов (стрелка), внутри осадочной породы и песчаника в поясе Барбертон Гринстоун, Южная Африка.

Команда сначала проанализировала и описала в деталях местоположение пород и сравнила их с современными горными образованиями, чтобы понять, как они передвигались, формировались и сохранялись. Исследователи пришли к выводу, что матообразующие микробы были «коренными жителями» вмещающей породы, и вместе они были частью того, что когда-то являлось древней дельтой реки. «Это полезные данные, которые действительно доказывают, что данные ископаемые микробные маты [обнаруженные в поясе Барберона Гринстона] происходят из земной среды», — говорит Доминик Папино, ученый, изучающий происхождение и эволюцию жизни в Лондонском центре нанотехнологий в Университетском колледже Лондона, который лично не участвовал в исследовании. Затем исследователи проанализировали изотопы органического углерода и азота в этих ископаемых наземных бактериальных матах и ​​сравнили профили с изотопами, извлеченными из близлежащих окаменелых морских бактериальных матов. Изотопы углерода и азота из наземных и морских образцов отличались друг от друга, что свидетельствует о различиях в метаболизме океанических и наземных микробов. «Уже в находках возрастом 3,2 миллиарда лет мы видим доказательства различий в матообразующих микробных сообществах: некоторые из них, вероятно, лучше приспособлены для жизни в океане, а другие — на суше», — говорит Хоманн.

Главный вопрос для ученых заключается в том, были ли на ранней Земле локализованные участки свободного кислорода в атмосфере, которая в целом не имела его. Большинство современных бактериальных матов состоят из цианобактерий, которые создают кислород в качестве побочного продукта их метаболизма (кислородный фотосинтез) и, как полагают, ответственны за накопление кислорода в атмосфере Земли. «Используя полученные данные нельзя узнать наверняка, продуцировали ли эти микроорганизмы кислород с помощью фотосинтеза или у них был аноксигенный фотосинтез», — говорит Папино.

Специальное аналитическое оборудование помогло выяснить, что значения изотопов азота, которые отражают отношение наиболее распространенного азота-14 и более редкого и тяжелого азота −15, наземных бактериальных матов были более выраженными по сравнению с морскими образцами. Это навело Хоманна и его коллег на мысль, что Земля 3,2 миллиарда лет назад имела атмосферный нитрат. Другой возможной причиной подобных значений азота, могло бы быть наличие 3,2 миллиарда лет назад атмосферного кислорода, что, по мнению авторов исследования, менее вероятно, поскольку признание этого факта будет означать, что уже тогда существовали кислородпродуцирующие цианобактерии, а их существование и в настоящее время не имеет достаточно доказательств. Для Конхаузера было бы интересно углубиться в изучение вопроса об источнике нитрата в образцах: он произошел из атмосферы или путем генерации кислорода древними фотосинтетическими бактериями? «Структуры и изотопный состав бактериальных матов, судя по всему, свидетельствуют о наличии уже тогда существующих на суше фотосинтетических микробов», — пишет Конхаузер. Если бы нитрат действительно был образован микробами матов, добавляет он, то, возможно, кислород-продуцирующие цианобактерии уже существовали на этой ранней стадии развития Земли.