Kaip mikroorganizmai suformavo žemės plutą

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Kalnai ypač įspūdingai atrodo nesibaigiančios Mongolijos stepės fone. Stovint prie papėdės kyla pagunda susimąstyti apie milžinišką žemės gelmių galią, sukrovusią šiuos keterus. Tačiau jau einant į viršų akį patraukia plonas raštas, dengiantis uolėtas briaunas. Šis lietaus vanduo šiek tiek suėsdė porėtus senovinių archeocitatų kempinių, sudarančių kalną, – tikrų kalnų grandinės statytojų – griaučius.

Maži didelių konstrukcijų milžinai

Kartą, daugiau nei prieš pusę milijardo metų, jie pakilo iš šiltos jūros dugno kaip ryškus vulkaninės salos rifas. Jis mirė, padengtas storu karštų pelenų sluoksniu – kai kurie archeociatai net išdegė, o sušalusiame tufe buvo išsaugotos ertmės.

Tačiau daugelis per savo gyvenimą suaugusių ir jūrinio cemento sluoksnių „įšalusių“į uolą griaučių įprastose vietose lieka ir šiandien, kai jūros seniai nebėra. Kiekvienas toks skeletas yra mažesnis nei mažasis pirštas. Kiek jų ten yra?

Mažų radiolarijų griaučiai sudaro kalnų grandinių silikatines uolienas.

Įvertinę neaukšto kalno tūrį (apie kilometrą papėdėje ir apie 300 m aukščio), galime suskaičiuoti, kad jį statant dalyvavo apie 30 milijardų kempinių. Tai labai neįvertinta figūra: daugelis skeletų jau seniai buvo įtrinti į miltelius, kiti visiškai ištirpo, nespėję padengti apsauginiais nuosėdų sluoksniais. Ir tai tik vienas kalnas, o Mongolijos vakaruose yra ištisos grandinės.

Kiek laiko prireikė mažų kempinėlių, kad užbaigtų tokį grandiozinį „projektą“?

O štai šalia dar vienas skardis, mažesnis, ir ne baltas, kalkakmenis, o rausvai pilkas. Jį sudaro ploni silikatinio skalūno sluoksniai, surūdiję dėl geležies intarpų oksidacijos. Vienu metu šie kalnai buvo jūros dugnas, o jei teisingai suskirstysite išilgai sluoksnių (stipriai, bet atsargiai), tada atsivėrusiame paviršiuje galite pamatyti daugybę spyglių ir 3–5 mm kryžių.

Tai jūros kempinių liekanos, tačiau, priešingai nei visas kalkingas archeociatų skeletas, jų pagrindas suformuotas iš atskirų silicio elementų (spiculių). Todėl, mirę, jie subyrėjo, apibarstė dugną savo „detaliais“.

Kiekvienos kempinės skeletą sudarė mažiausiai tūkstantis „spyglių“, apie 100 tūkstančių jų išsibarstę kiekviename kvadratiniame metre. Paprasta aritmetika leidžia įvertinti, kiek gyvūnų prireikė 20 metrų sluoksniui suformuoti bent 200 x 200 m: 800 milijardų. Ir tai tik vienas iš mus supančių aukštumų – ir tik keli apytiksliai skaičiavimai. Bet jau iš jų aišku, kad kuo mažesni organizmai, tuo didesnė jų kūrybinė galia: pagrindiniai Žemės statytojai yra vienaląsčiai.

Ažūrinės kalkingos vienaląsčių planktoninių dumblių – kokolitų – plokštelės sujungiamos į dideles kokosferas, o subyrėjusios virsta kreidos nuosėdomis.

Žemėje, vandenyje ir ore

Yra žinoma, kad kas 1 cm³Rašomojoje kreidoje yra apie 10 milijardų smulkių kalkingų planktoninių dumblių kokolitoforidų žvynų. Daug vėliau nei Mongolijos jūrų laikais, mezozojaus ir dabartinio kainozojaus epochoje, jie iškėlė Anglijos kreidos uolas, Volgos žigulius ir kitus masyvus, dengę visų šiuolaikinių vandenynų dugną.

Jų statybos veiklos mastai yra nuostabūs. Tačiau jie nublanksta prieš kitus pokyčius, kuriuos jos pačios gyvenimas padarė planetoje.

Jūrų ir vandenynų sūrų skonį lemia chloro ir natrio buvimas. Nė vienas iš elementų nėra reikalingas jūros gyvūnams dideliais kiekiais, jie kaupiasi vandeniniame tirpale. Tačiau beveik visa kita – viskas, ką išneša upės ir ateina iš žarnų per karštus dugno šaltinius – įsisavinama akimirksniu. Dėl puošnių jų apvalkalų silicį paima vienaląstės diatomės ir radiolarijos.

Beveik visiems organizmams reikia fosforo, kalcio ir, žinoma, anglies. Įdomu tai, kad kalkingas skeletas (kaip koralų ar senovės archeociatų) susidaro išskiriant anglies dioksidą, todėl šiltnamio efektas yra rifų statybos šalutinis produktas.

Kokolitoforidai iš vandens sugeria ne tik kalcį, bet ir ištirpusią sierą. Jis reikalingas organinių junginių sintezei, kurie padidina dumblių plūdrumą ir leidžia jiems išlikti arti apšviesto paviršiaus.

Kai šios ląstelės miršta, organinės medžiagos suyra, o lakieji sieros junginiai išgaruoja kartu su vandeniu, tarnauja kaip debesų susidarymo sėkla. Litre jūros vandens gali būti iki 200 milijonų kokolitoforidų, ir kiekvienais metais šie vienaląsčiai organizmai į atmosferą tiekia iki 15,5 milijono tonų sieros – beveik dvigubai daugiau nei sausumos ugnikalniai.

Saulė gali duoti Žemei 100 milijonų kartų daugiau energijos nei pačios planetos žarnos (3400 W/m² prieš 0,00009 W / m²). Fotosintezės dėka gyvybė gali panaudoti šiuos išteklius, įgydama galią, viršijančią geologinių procesų galimybes. Žinoma, didžioji dalis saulės šilumos tiesiog išsisklaido. Tačiau gyvų organizmų gaminamos energijos srautas yra 30 kartų didesnis nei geologinis. Gyvybė planetą valdė mažiausiai 4 milijardus metų.

Natūralus auksas kartais sudaro keistus kristalus, kurie yra vertingesni už patį taurųjį metalą.

Šviesos jėgos, tamsos jėgos

Be gyvų organizmų daugelis nuosėdinių uolienų apskritai nebūtų susiformavę. Mineralogas Robertas Hazenas, palyginęs mineralų įvairovę Mėnulyje (150 rūšių), Marse (500) ir mūsų planetoje (daugiau nei 5000), padarė išvadą, kad tūkstančių sausumos mineralų atsiradimas tiesiogiai ar netiesiogiai susijęs su jo aktyvumu. biosfera. Vandens telkinių dugne susikaupusios nuosėdinės uolienos.

Per milijonus ir šimtus milijonų metų nuskęsta į gylį, organizmų liekanos suformavo galingas nuosėdas, kurios liko išspausti į paviršių kalnų masyvų pavidalu. Taip yra dėl didžiulių tektoninių plokščių judėjimo ir susidūrimo. Tačiau pati tektonika nebūtų buvusi įmanoma be uolienų padalijimo į savotišką „tamsiąją“ir „šviesiąją materiją“.

Pirmajam atstovauja, pavyzdžiui, bazaltai, kuriuose vyrauja tamsių atspalvių mineralai – piroksenai, olivinai, bazinės plagioklazės, o tarp elementų – magnis ir geležis. Pastarieji, pavyzdžiui, granitai, susideda iš šviesių mineralų – kvarco, kalio lauko špatų, albitinių plagioklazių, kuriuose gausu geležies, aliuminio ir silicio.

Tamsios uolienos yra tankesnės nei šviesios (vidutiniškai 2,9 g / cm).³ prieš 2,5-2,7 g / cm³) ir suformuoti vandenyno plokštes. Susidūrus su mažiau tankiomis, „lengvomis“žemyninėmis plokštėmis, po jomis paskęsta okeaninės ir ištirpsta planetos viduriuose.

Ryškios geležies rūdos juostos atspindi tamsaus silicio ir raudonojo geležies sluoksnių sezoninį kaitą.

Seniausi mineralai rodo, kad pirmiausia atsirado „tamsioji medžiaga“. Tačiau šios tankios uolos negalėjo nuskęsti pačiose, kad plokštės pradėtų judėti. Tam reikėjo „šviesiosios pusės“– mineralų, kurių nejudančioje Marso ir Mėnulio plutoje trūksta.

Ne be reikalo Robertas Hazenas mano, kad būtent gyvieji Žemės organizmai, paversdami vienus uolienas kitomis, galiausiai lėmė plokščių „lengvosios materijos“kaupimąsi. Žinoma, šios būtybės – didžioji dalis vienaląsčių aktinomicetų ir kitų bakterijų – nekėlė sau tokios super užduoties. Jų tikslas, kaip visada, buvo susirasti maisto.

Juodoji vandenynų metalurgija

Tiesą sakant, ugnikalnio išsiveržęs bazaltinis stiklas yra 17% geležies, o kiekvienas jo kubinis metras gali pamaitinti 25 kvadrilijonus geležies bakterijų. Egzistuodami mažiausiai 1,9 milijardo metų, jie sumaniai paverčia bazaltą į „nanošetą“, pripildytą naujų molio mineralų (pastaraisiais metais toks mechanizmas buvo pripažintas biogenine molio mineralų gamykla). Kai tokia uoliena siunčiama į vidurius tirpti, iš jos susidaro nauji, „lengvi“mineralai.

Tikriausiai bakterijų ir geležies rūdos produktas. Daugiau nei pusė jų susidarė prieš 2, 6 ir 1,85 milijardo metų, o vien Kursko magnetinėje anomalijoje yra apie 55 milijardus tonų geležies. Be gyvybės jie sunkiai galėtų kauptis: vandenyne ištirpusios geležies oksidacijai ir nusodinimui reikalingas laisvas deguonis, kurio atsiradimas reikiamais kiekiais įmanomas tik dėl fotosintezės.

Acidovorax bakterijos skatina žaliųjų rūdžių – geležies hidroksido – susidarymą.

Gyvybė gali atlikti geležies „apdirbimą“ir tamsoje, deguonies stokojančioje gelmėje. Šio metalo atomus, kuriuos nuneša povandeniniai šaltiniai, sugauna bakterijos, galinčios oksiduoti juodąją geležį, kad susidarytų geležies geležis, kuri su žaliomis rūdimis nusėda apačioje.

Prieš porą milijardų metų, kai planetoje dar buvo labai mažai deguonies, taip nutiko visur, o šiandien šių bakterijų veiklą galima pastebėti kai kuriuose deguonies skurdžiuose vandens telkiniuose.

Brangieji mikrobai

Gali būti, kad dideli aukso telkiniai nebūtų atsiradę be anaerobinių bakterijų, kurioms nereikia deguonies, dalyvavimo. Pagrindiniai tauriojo metalo telkiniai (įskaitant Vitwatersrandą pietų Afrikoje, kur ištirtos apie 81 tūkst. tonų atsargos) susidarė prieš 3, 8-2, 5 mlrd. metų.

Tradiciškai buvo manoma, kad vietinės aukso rūdos susidarė aukso dalelėms pernešant ir plaunant upėmis. Tačiau Witwatersrand aukso tyrimas atskleidžia visiškai kitokį vaizdą: metalą „iškasė“senovės bakterijos.

Dieteris Halbaueris 1978 metais aprašė keistus anglies stulpelius, įrėmintus gryno aukso dalelėmis. Ilgą laiką jo atradimas nesulaukė didelio dėmesio, kol mikroskopinė ir izotopinė rūdos mėginių analizė, rūdos formavimosi modeliavimas pagal šiuolaikinių mikrobų kolonijas ir kiti skaičiavimai patvirtino geologo teisingumą.

Matyt, maždaug prieš 2,6 milijardo metų, kai ugnikalniai atmosferą prisotindavo sieros vandenilio, sieros rūgšties, o sieros dioksido – vandens garais, rūgštūs lietūs nuplovė uolienas, kuriose buvo išsibarsčiusio aukso, ir tirpalus nunešė į seklią vandenį. Tačiau pats taurusis metalas ten pateko kaip pavojingiausi junginiai bet kuriai gyvai būtybei, pavyzdžiui, cianidas.

Vengdami grėsmės, mikrobai „dezinfekavo“vandenį, sukeldami toksiškas aukso druskas į organometalinius kompleksus ar net į gryną metalą. Blizgančios dalelės nusėdo ant bakterijų kolonijų, sudarydamos daugialąsčių grandinių sruogas, kurias dabar galima apžiūrėti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu. Mikrobai ir dabar toliau nusodina auksą – šis procesas stebimas, pavyzdžiui, Naujosios Zelandijos karštosiose versmėse, nors ir labai kukliais mastais.

Tiek Witwatersrand, tiek tikriausiai kiti to paties amžiaus telkiniai buvo bakterijų bendruomenių gyvybinės veiklos atmosferoje be deguonies rezultatas. Kursko magnetinė anomalija ir su ja susijusios geležies rūdos telkiniai susiformavo deguonies epochos pradžioje. Tačiau daugiau tokio masto telkinių neatsirado ir vargu ar kada nors vėl pradės formuotis: nuo to laiko atmosferos, uolienų ir vandenyno vandenų sudėtis keitėsi daug kartų.

Tačiau per šį laiką taip pat pasikeitė nesuskaičiuojama daugybė gyvų organizmų kartų, ir kiekviena iš jų sugebėjo dalyvauti pasaulinėje Žemės evoliucijoje. Išnyko jūros kempinių ir į medžius primenančių asiūklių tankmės, net mamutų bandos liko praeityje, palikusios pėdsaką geologijoje. Atėjo laikas kitoms būtybėms ir naujiems pokyčiams visuose mūsų planetos apvalkaluose – vandenyje, ore ir akmenyje.