Под льдом озера Ванда в Антарктиде растут микробные маты. Подобные структуры могли образоваться во время обледенения Земли
- Источник:
Dale T. Andersen/Carl Sagan Center, SETI Institute
Несколько раз в истории наша планета покрывалась льдом. Он покрывал Землю от полюса до экватора, а температура опускалась до –50 °C. Каким-то образом жизнь продолжала существовать. Теперь ученые сообщают о первых свидетельствах этого тяжелого существования во время последнего из этих периодов, который произошел между 651 и 635 миллионами лет назад.
Микробы цеплялись за жизнь
Результаты были получены на основе молекулярных окаменелостей — химических биомаркеров в донных отложениях, которые были погребены, превратились в камень и сохранились в древних породах в керне — образце горной породы, пробуренном в Австралии.
«Удивительно видеть, как жизнь продолжала существовать на Земля, покрытой снежным комом. Найти породы, относящиеся ко этому периоду, и извлечь из них биомаркеры — это невероятно», — говорит Алан Коллинз (Alan Collins), геолог из Университета Аделаиды.
Биомаркеры указывают на мир, в котором микробы цеплялись за жизнь в темноте на лишенном кислорода морском дне, питаясь органическими веществами, которые смывало со льда. В верхней части керна обнаружены тонкие слоистые структуры, свидетельствующие о том, что произошло миллионы лет спустя, когда ледники начали отступать и дневной свет наконец проник на мелководье: скопления фотосинтезирующих бактерий, которые, возможно, напоминали те, что сегодня обитают на дне покрытых льдом озер в Антарктиде. Эукариоты — клетки, более сложные, чем микробы, — практически полностью отсутствовали, хотя они эволюционировали более чем на миллиард лет раньше.
Помимо возможности заглянуть в жизнь подо льдом, исследование также подтверждает зарождающуюся гипотезу о том, что эукариотические зеленые водоросли не процветали до тех пор, пока не произошел «снежный ком» событий, когда они стали источником пищи, позволившим наконец появиться первым животным в мире.
Хотел доказать ошибку наставника
Одно из излюбленных учеными мест для поиска биомаркеров криогенного периода, ледникового периода, длившегося с 720 до 635 миллионов лет назад, находится в Омане. Но у Йохена Брокса (Jochen Brocks), геобиолога из Австралийского национального университета, который представил новые результаты, возникли проблемы с получением доступа к качественным образцам для поиска биомаркеров. Он поручил своему аспиранту Калебу Бишопу (Caleb Bishop), седиментологу, найти образцы в Австралии.
Год спустя Бишоп вернулся с давно забытым керном, который был пробурен несколькими десятилетиями ранее и хранился в архиве. Когда Брокс впервые увидел части керна длиной 1700 метров, он подумал, что они слишком светлые, чтобы содержать биомаркеры, которые обычно темные.
«Эта штука выглядит очень плохо, — вспоминает он скаженные Бишопу слова. — Но докажи, что я ошибаюсь».
Чтобы доказать неправоту своего наставника, Бишопу потребовалось несколько лет. Подобно окаменелостям, погребенные биомолекулы иногда могут сохраняться в горных породах на протяжении сотен миллионов лет. Но с течением времени они разрушаются, теряя важные детали. Хуже того, керн был загрязнен нефтепродуктами, возможно, буровым раствором, который пришлось тщательно удалять.
Но в конце концов, используя инструменты, которые расщепляют молекулы и разделяют фрагменты по их массе, Бишоп смог увидеть сигналы, характерные для сохранившихся углеродных скелетов жирных молекул, подобных холестерину. Эти молекулы различаются в зависимости от того, откуда они — из бактерий, животных или водорослей. В образцах чаще всего встречались молекулы под названием гопаны, которые являются маркерами бактерий.
Сначала Брокс отнесся к этому скептически. Биомаркеры были очень похожи на те, что были обнаружены в более древних кернах, относящихся к криогенному периоду и даже более ранним эпохам, и он подумал, что молекулы могли просто попасть в керн из старого материала, соскобленного с континентов наступающими ледниками. Но в керне прослеживалась четкая взаимосвязь между глубиной образца и степенью «окаменения» молекул. Это, а также наличие нетронутых микробных матов в верхней части керна убедили Брокса в том, что керн действительно представляет собой осадочные породы, которые постепенно откладывались на дне океана во время события «снежного кома».
Мир, в котором доминировали микробы
Брокс с Бишопом выдвигают гипотезу о том, что сохранившиеся в керне гопаны представляют собой остатки мира, в котором доминировали микробы: обитатели дна и дрифтеры в темных морях питались останками светособирающих цианобактерий. Эти микробы жили во льду, в трещинах или отверстиях, которые образовывались там, где темная грязь или сажа нагревались на солнце и таяли в толще ледника.
Одна из самых поразительных особенностей новых данных — полное отсутствие биомаркеров эукариотических зеленых водорослей. Биомаркеры, как правило, отражают присутствие только самых многочисленных и важных групп, поэтому, даже если зеленые водоросли пережили время обледенения на Земле, они, должно быть, оказались на периферии экосистемы.
Их отсутствие имеет значение, потому что появление и разнообразие водорослей напрямую связано с эволюцией сложных форм жизни. На протяжении большей части истории Земли пищевая цепочка держалась на крошечных цианобактериях. Некоторые исследователи считают, что сложные формы жизни не могли появиться до тех пор, пока крупные питательные зеленые водоросли не вытеснили бактерии в качестве основных фотосинтетиков в мире.
Это явно произошло в середине эдиакарского периода, сразу после криогенного периода, когда в осадочных породах внезапно появились первые окаменелости крупных животных — странных существ, похожих на папоротники и водоросли. Возможно, оледенения на Земле подготовили почву для их появления, смыв питательные вещества в море и вызвав фотосинтетический бум.
Новая работа — это важный шаг на пути к пониманию загадочного периода в истории Земли, который можно смело назвать началом мира, каким мы его знаем.
В Восточной Антарктиде под слоем льда толщиной более полутора километров был обнаружен огромный древний ландшафт, которому уже более 34 миллионов лет. Скрытая от глаз местность находится в отдаленном регионе, известном как Земля Уилкса, когда-то была покрыта пальмами.
