из Пилбары
Рис. 1. Слева: обнажившийся участок строматолита в формации Дрессер, прорезанный серой жилой кремнезема (ее толщина около 15 см). Справа: образцы керна (примерно 20 см в высоту) с самыми древними строматолитами, ставшие объектом тщательного и разностороннего геохимического изучения. Фото из статьи M. J. Van Kranendonk et al., 2008. Geological setting of Earth's oldest fossils in the ca. 3.5 Ga Dresser Formation, Pilbara Craton, Western AustraliaВокруг строматолитов из района Пилбара в западной Австралии не прекращаются горячие споры: что же они собой представляют? Это остатки бактериальных нарастаний или минеральные структуры абиотического происхождения? Если первое, то эти строматолиты окажутся серьезным доказательством того, что бактерии процветали на мелководьях уже 3,5 миллиарда лет назад, а значит, жизнь появилась еще раньше. Если же верен второй вариант, то отсчет земной жизни, вероятно, нужно начинать с более поздних отметок. Австралийские геологи сделали новую попытку отстоять биологическую природу данных строматолитов и, соответственно, рекордную древность жизни.
Зеленокаменные пояса — это коры выветривания, которые формировались в условиях низкотемпературного диагенеза осадочных пород. В них с большей вероятностью могут сохраняться остатки органического происхождения. Поэтому, когда в середине-конце 80-х годов прошлого столетия в обнажениях пород, относящихся к формации Дрессер в австралийском районе Пилбара, описали строматолитоподобные образования, за ними сразу закрепилось звание первых бесспорных следов жизни: они датировались возрастом 3,465 млрд лет.
Рис. 2. Строение пород в районе Пилбара и датировка некоторых слоев. Формация Дрессер (Dresser Formation) включает то самое обнажение, откуда происходят исследованные образцы; они на схеме показаны светлыми полукруглыми значками. Рисунок с сайта flickr.comОднако с появлением новых данных ученые стали сомневаться в том, что они «первые» — были найдены указания на следы фракционирования углерода в зернах графита в гренландской формации Исуа возрастом 3,8 млрд лет и в северной Канаде в еще более древних графитах (см.:
Обнаружены вероятные следы жизни возрастом 3,95 миллиарда лет, «Элементы», 28.09.2017). Позже из формации Исуа описали уже не молекулярные биомаркеры, а морфологические образования с характерными признаками строматолитов исключительно внушительного возраста 3,7 миллиарда лет (см.: Найдены строматолиты возрастом 3,7 млрд лет — древнейшие следы жизни на Земле, «Элементы», 05.09.2016). Надо отметить, что последующие исследования образцов из Исуа показали, что зерна графита могут быть более поздним загрязнением, а строматолиты Исуа — это абиотические минеральные структуры (
A. C. Allwood et al., 2018. Reassessing evidence of life in 3,700-million-year-old rocks of Greenland).
«Бесспорность» строматолитов из формации Дрессер тоже подверглась сомнению. Строматолитоподобные прослои в осадочных породах, как выяснилось, могут слагаться и в ходе абиогенных процессов. В экспериментах было показано, что если в жидкости (например, в морской воде) движется коллоидный поток (насыщенный растворенным кремнием гидротермальный флюид), то в краевой зоне этого потока будут формироваться слоистые структуры, похожие на строматолиты: с такими же столбчатыми отдельностями, с такими же неровными, кружевными, поверхностями прослоев (
N. McLoughlin et al., 2008. Growth of synthetic stromatolites and wrinkle structures in the absence of microbes — implications for the early fossil record). Так что биологическое происхождение этих «древнейших» строматолитов повисло в воздухе. Тем более, что узнаваемого органического материала в тех образцах уже не было — все исчезло в результате кислородного выветривания поверхности обнажения.
Что делать? Ответ простой: изучать это обнажение дальше, тем более что в 2004 году здесь проводили работы по глубокому бурению и был собран отличный керновый материал. На таких глубинах минералы содержат неокисленную органику и неокисленное железо. Эти керны и позволили получить новое обоснование биологической природы строматолитов Пилбара. Этой задачей занималась группа геологов из нескольких научных учреждений Австралии и Франции. Они сделали тонкие шлифы кернов, посмотрели распределение химических элементов в этих шлифах, измерили изотопный состав органического материала и нашли биоподобные нитчатые образования органического состава.
Материал представляет собой (как было описано и предыдущих исследованиях) столбчатые слоистые наросты сульфидов и доломита (Ca-Mg-карбонат), в основании которых находится грубокристаллический барит. Судя по меткам ряби и высыхания по поверхностям напластования, эти осадочные слои формировались в условиях осушаемого мелководья. А вкрапления гейзеритов в основании прослоев говорят о гидротермальном источнике формирования минералов. Сульфиды в столбчатых образованиях — это, как выяснилось, в основном пирит (сульфид железа) и сфалерит (сульфид цинка). А если говорить конкретно о пирите, то это не просто пирит — в нем есть наноразмерные поры.
В этих порах и в ассоциации с ними обнаружена органика. По своим спектрометрическим характеристикам она оказалась похожа на остальную архейскую органику, так что современное загрязнение авторы признают маловероятным. В этом органическом материале присутствуют гранулы барита и кальцита. А по изотопному составу углерода со значениями δ
13C −29,6 ± 0,3‰ он соотносится с характерными показателями микробной биомассы. Если рассмотреть под электронным микроскопом пиритизованные зоны строматолитов, то там видны нитчатые образования с плавными изгибами и переплетенные между собой (рис. 3); они проходят внутри пористого пирита и ассоциированы с гранулами кальцита.
Рис. 3. Фотографии пиритизованных зон строматолитов, сделанные при помощи сканирующего электронного микроскопа. А — видна органическая нить (ОМ), проходящая внутри пористого пирита (Py), поры указаны красной стрелкой. В — фотография сделана в другом режиме: темный тон — это углерод, а светлый — более тяжелые элементы, в частности железо. С — увеличенный фрагмент изображения В: видны кристаллы карбоната кальция (Cal). D — переплетенные органические нити (красные стрелки) с кристаллами барита, кальцита или кварца (белые стрелки). Рисунок из обсуждаемой статьи в Geology
На взгляд авторов работы, самое важное в данном комплексе наблюдений — это, во-первых (и в-главных) пористый пирит, а во-вторых, ассоциация этого пирита с органическим материалом со всеми признаками биологического происхождения. Пирит в таком виде образуется только на биологической матрице, то есть на бактериальных полисахаридных чехлах или в присутствии больших концентраций органической массы. Другого варианта образования пористого пирита пока не известно. И если к этому добавляется органика с облегченным углеродным составом, признаками кальцификации (что тоже характерно для отрицательно заряженных органических молекул, в том числе и полисахаридных чехлов), да еще и в форме нитчатых микробов, то скептикам, сомневающимся в биологическом происхождении этих образований, придется как следует задуматься над дальнейшей аргументацией.
Последующие исследования в этой области должны будут более четко продемонстрировать связь между пористой структурой пирита и его биогенным происхождением. Пока у нас есть только единичные наблюдения, связанные с образованием пористого пирита на биоматрицах. Нужно выяснить, почему он имеет такую форму, как она получается, и почему в абиогенном пирите мы такого увидеть не сможем. Казалось бы, зачем вдаваться в детали, все же так складно доказано... Но мы ведь занимаемся доказательной наукой, значит нужно проверять и альтернативные версии. На сегодняшний день, пока альтернативы не изучены, рабочей гипотезой будет именно биогенное происхождение строматолитов из западной Австралии.
Источник: Raphael J. Baumgartner, Martin J. Van Kranendonk, David Wacey, Marco L. Fiorentini, Martin Saunders, Stefano Caruso, Anais Pages, Martin Homann, Paul Guagliardo.
Nano–porous pyrite and organic matter in 3.5-billion-year-old stromatolites record primordial life // Geology. 2019. DOI: 10.1130/G46365.1.
Елена Наймарк
https://elementy.ru//novosti_nauki/433546/Poristyy_pirit_eshche_odin_argument_v_polzu_organicheskoy_prirody_stromatolitov_iz_Pilbary?ofm=1#fm5333168
