Kā mikroorganismi veidoja zemes garozu

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Kalni izskatās īpaši iespaidīgi uz bezgalīgās Mongolijas stepes fona. Stāvot pakājē, rodas kārdinājums pārdomāt zemes dzīļu kolosālo spēku, kas ir sakrājis šīs grēdas. Taču jau ceļā uz virsotni acīs krīt plāns raksts, kas klāj akmeņainās dzegas. Šis lietus ūdens nedaudz sarūsēja seno arheocītu sūkļu porainos skeletus, kas veidoja kalnu - kalnu grēdas īstos celtniekus.

Lielas konstrukcijas mazi milži

Reiz, pirms vairāk nekā pusmiljarda gadu, tie pacēlās no siltas jūras dibena kā spilgts vulkāniskas salas rifs. Viņš nomira, pārklāts ar biezu karstu pelnu kārtu – daži arheocīti pat bija izdeguši, un sasalušajā tufā saglabājās dobumi.

Taču daudzi skeleti, kas dzīves laikā bija saauguši un, vijuoties jūras cementa slāņiem, "iesalduši" klintī, paliek ierastajās vietās arī mūsdienās, kad jūras jau sen vairs nav. Katrs šāds skelets ir mazāks par mazo pirkstiņu. Cik tādu ir?

Sīku radiolāru skeleti veido kalnu grēdu silīcija iežus.

Aprēķinot zema kalna tilpumu (apmēram kilometrs pāri pakājē un aptuveni 300 m augstumā), varam aprēķināt, ka tā celtniecībā piedalījās aptuveni 30 miljardi sūkļu. Tas ir ļoti nenovērtēts skaitlis: daudzi skeleti jau sen ir berzēti pulverī, citi ir pilnībā izšķīduši, un tiem nav laika pārklāties ar aizsargājošiem nogulumu slāņiem. Un tas ir tikai viens kalns, un Mongolijas rietumos ir veselas grēdas.

Cik ilgs laiks bija vajadzīgs, lai mazie sūklīši pabeigtu tik grandiozu "projektu"?

Un te blakus ir vēl viena klints, mazāka, un ne balta, kaļķakmens, bet gan sarkanīgi pelēka. To veido plāni silīcija slānekļa slāņi, kas sarūsējuši dzelzs ieslēgumu oksidēšanās dēļ. Savulaik šie kalni bija jūras dibens, un, ja pareizi sadalās pa slāņiem (stipri, bet uzmanīgi), tad uz virsmas, kas atveras, var redzēt neskaitāmas adatas un 3-5 mm krustiņus.

Tās ir jūras sūkļu paliekas, taču, atšķirībā no visa arheocītu kaļķainā skeleta, to pamatne veidojas no atsevišķiem silīcija elementiem (spiculēm). Tāpēc, nomiruši, tie sabruka, nokaisīja dibenu ar savām "detaļām".

Katra sūkļa skelets sastāvēja no vismaz tūkstoš "adatām", apmēram 100 tūkstoši no tiem ir izkaisīti uz katra kvadrātmetra. Vienkārša aritmētika ļauj novērtēt, cik dzīvnieku vajadzēja, lai izveidotu 20 metru slāni uz laukuma vismaz 200 x 200 m: 800 miljardi. Un tas ir tikai viens no mums apkārt esošajiem augstumiem - un tikai daži aptuveni aprēķini. Bet jau no tiem ir skaidrs, ka jo mazāki organismi, jo lielāks ir to radošais spēks: galvenie Zemes veidotāji ir vienšūnas.

Vienšūnu planktona aļģu ažūras kaļķainās plāksnes - kokolīti - tiek apvienotas lielās kokosfērās, un, sabrūkot, tās pārvēršas krīta nogulsnēs.

Uz zemes, ūdenī un gaisā

Ir zināms, ka katrā 1 cm³Rakstīšanas krīts satur apmēram 10 miljardus smalku planktona aļģu kokolitoforīdu kaļķainu zvīņu. Daudz vēlāk par Mongolijas jūru laiku, mezozoja un tagadējā cenozoja laikmetā, viņi uzcēla Anglijas krīta klintis, Volgas žiguli un citus masīvus, kas klāja visu mūsdienu okeānu dibenu.

Viņu būvniecības darbības apjoms ir pārsteidzošs. Bet tie nobāl salīdzinājumā ar citām pārvērtībām, ko viņas pašas dzīve ir veikusi uz planētas.

Jūru un okeānu sāļo garšu nosaka hlora un nātrija klātbūtne. Ne viens, ne otrs elements jūras radībām nav vajadzīgs lielos daudzumos, un tie uzkrājas ūdens šķīdumā. Bet gandrīz viss pārējais - viss, ko nes upes un nāk no zarnām caur karstajiem grunts avotiem, uzsūcas vienā mirklī. Silīciju to greznajiem apvalkiem iegūst vienšūnu kramaļģes un radiolāri.

Gandrīz visiem organismiem ir nepieciešams fosfors, kalcijs un, protams, ogleklis. Interesanti, ka kaļķains skelets (tāpat kā koraļļiem vai senajiem arheociātiem) veidojas, izdalot oglekļa dioksīdu, tāpēc siltumnīcas efekts ir rifu veidošanas blakusprodukts.

Kokolitoforīdi no ūdens absorbē ne tikai kalciju, bet arī izšķīdušo sēru. Tas ir nepieciešams organisko savienojumu sintēzei, kas palielina aļģu peldspēju un ļauj tām atrasties apgaismotas virsmas tuvumā.

Kad šīs šūnas atmirst, organiskās vielas sadalās, un gaistošie sēra savienojumi iztvaiko kopā ar ūdeni, kalpojot par sēklu mākoņu veidošanai. Litrā jūras ūdens var būt līdz 200 miljoniem kokolitoforīdu, un katru gadu šie vienšūnu organismi piegādā atmosfērā līdz 15,5 miljoniem tonnu sēra – gandrīz divreiz vairāk nekā sauszemes vulkāni.

Saule spēj dot Zemei 100 miljonus reižu vairāk enerģijas nekā pašas planētas zarnas (3400 W/m² pret 0,00009 W / m²). Pateicoties fotosintēzei, dzīvība var izmantot šos resursus, iegūstot spēku, kas pārsniedz ģeoloģisko procesu iespējas. Protams, liela daļa saules siltuma vienkārši tiek izkliedēta. Tomēr dzīvo organismu radītās enerģijas plūsma ir 30 reizes lielāka nekā ģeoloģiskā. Dzīvība ir kontrolējusi planētu vismaz 4 miljardus gadu.

Vietējais zelts dažkārt veido dīvainus kristālus, kas ir vērtīgāki par pašu dārgmetālu.

Gaismas spēki, tumsas spēki

Bez dzīviem organismiem daudzi nogulumieži nemaz nebūtu izveidojušies. Mineralogs Roberts Heizens, kurš salīdzināja minerālu daudzveidību uz Mēness (150 sugas), Marsa (500) un mūsu planētas (vairāk nekā 5000), secināja, ka tūkstošiem sauszemes minerālu parādīšanās ir tieši vai netieši saistīta ar tās darbību. biosfēra. Nogulumieži uzkrājušies ūdenstilpju dibenā.

Nogrimstot dziļumā, miljoniem un simtiem miljonu gadu, organismu paliekas veidoja spēcīgas nogulsnes, kuras kalnu grēdu veidā palika izspiestas uz virsmu. Tas ir saistīts ar milzīgu tektonisko plākšņu kustību un sadursmi. Bet pati tektonika nebūtu iespējama bez iežu sadalīšanas sava veida "tumšā" un "gaišā matērijā".

Pirmo pārstāv, piemēram, bazalti, kur dominē tumšo toņu minerāli - piroksēni, olivīni, pamata plagioklāzes, bet starp elementiem - magnijs un dzelzs. Pēdējie, piemēram, granīti, sastāv no gaišas krāsas minerāliem – kvarca, kālija laukšpatiem, albīta plagioklāzēm, kas bagātas ar dzelzi, alumīniju un silīciju.

Tumšie ieži ir blīvāki nekā gaišie ieži (vidēji 2,9 g/cm³ pret 2,5-2,7 g / cm³) un veido okeāna plāksnes. Saduroties ar mazāk blīvām, "vieglām" kontinentālajām plātnēm, okeāniskās nogrimst zem tām un kūst planētas zarnās.

Dzelzs rūdas spilgtās joslas atspoguļo tumšo silīcija un sarkano dzelzs slāņu sezonālo maiņu.

Vecākie minerāli norāda, ka tā bija "tumšā viela", kas parādījās vispirms. Tomēr šie blīvie ieži nevarēja iegrimt sevī, lai iekustinātu plāksnes. Tam bija nepieciešama "gaišā puse" - minerāli, kuru nekustīgajā Marsa un Mēness garozā ir deficīts.

Ne velti Roberts Heizens uzskata, ka tieši Zemes dzīvie organismi, pārveidojot vienus iežus citos, galu galā noveda pie plākšņu "gaismas matērijas" uzkrāšanās. Protams, šīs radības - lielākoties vienšūnas aktinomicīti un citas baktērijas - neizvirzīja sev tik super uzdevumu. Viņu mērķis, kā vienmēr, bija atrast pārtiku.

Okeānu melnā metalurģija

Faktiski vulkāna izvirdušajā bazalta stiklā ir 17% dzelzs, un katrs tā kubikmetrs spēj pabarot 25 kvadriljonus dzelzs baktēriju. Pastāvot vismaz 1,9 miljardus gadu, tie prasmīgi pārveido bazaltu par “nanošetu”, kas piepildīts ar jauniem māla minerāliem (pēdējos gados šāds mehānisms ir atzīts par biogēnu māla minerālu rūpnīcu). Kad šāds iezis tiek nosūtīts uz zarnām kausēšanai, no tā veidojas jauni, "viegli" minerāli.

Iespējams, baktēriju un dzelzs rūdas produkts. Vairāk nekā puse no tiem veidojās pirms 2, 6 un 1,85 miljardiem gadu, un tikai Kurskas magnētiskā anomālija satur aptuveni 55 miljardus tonnu dzelzs. Bez dzīvības tie diez vai varētu uzkrāties: okeānā izšķīdušās dzelzs oksidēšanai un nogulsnēšanai nepieciešams brīvais skābeklis, kura parādīšanās vajadzīgajos apjomos iespējama tikai fotosintēzes rezultātā.

Acidovorax baktērijas stimulē zaļās rūsas - dzelzs hidroksīda veidošanos.

Dzīve spēj veikt dzelzs "apstrādi" un tumsā, skābekļa trūkuma dziļumos. Šī metāla atomus, ko aiznes zemūdens avoti, uztver baktērijas, kas spēj oksidēt melno dzelzi, veidojot dzelzs dzelzi, kas ar zaļo rūsu nosēžas apakšā.

Pirms pāris miljardiem gadu, kad uz planētas vēl bija ļoti maz skābekļa, tas notika visur, un mūsdienās šo baktēriju darbība ir vērojama dažās ar skābekli nabadzīgās ūdenstilpēs.

Dārgie mikrobi

Iespējams, ka lielas zelta nogulsnes nebūtu parādījušās bez anaerobo baktēriju līdzdalības, kurām nav nepieciešams skābeklis. Galvenās dārgmetāla atradnes (tostarp Vitvotersrandā Āfrikas dienvidos, kur izpētītās rezerves ir aptuveni 81 tūkstotis tonnu) veidojās pirms 3, 8-2, 5 miljardiem gadu.

Tradicionāli tika uzskatīts, ka vietējās zelta rūdas veidojušās, zelta daļiņām pārnesot un mazgājot upes. Tomēr Vitvotersrandas zelta izpēte atklāj pavisam citu ainu: metālu "ieguva" senās baktērijas.

Dīters Halbauers 1978. gadā aprakstīja dīvainus oglekļa stabus, kurus ierāmēja tīra zelta daļiņas. Viņa atklājums ilgu laiku nepievērsa īpašu uzmanību, līdz rūdas paraugu mikroskopiskā un izotopiskā analīze, rūdas veidošanās modelēšana pēc mūsdienu mikrobu kolonijām un citi aprēķini apstiprināja ģeologa pareizību.

Acīmredzot pirms aptuveni 2,6 miljardiem gadu, kad vulkāni piesātināja atmosfēru ar sērūdeņradi, sērskābi un sēra dioksīdu ar ūdens tvaikiem, skābie lietus izskaloja akmeņus, kas saturēja izkaisīto zeltu, un nesa šķīdumus seklā ūdenī. Tomēr pats dārgmetāls tur nonāca visbīstamāko savienojumu veidā jebkurai dzīvai radībai, piemēram, cianīdam.

Novēršot draudus, mikrobi “dezinficēja” ūdeni, reducējot toksiskos zelta sāļus līdz organometāliskiem kompleksiem vai pat līdz tīram metālam. Mirdzošās daļiņas nosēdās uz baktēriju kolonijām, veidojot daudzšūnu ķēžu lējumus, kuras tagad var aplūkot ar skenējošo elektronu mikroskopu. Mikrobi turpina izgulsnēt zeltu arī tagad - šis process ir novērojams, piemēram, Jaunzēlandes karstajos avotos, tiesa, ļoti pieticīgā mērogā.

Gan Witwatersrand, gan, iespējams, arī citi tā paša vecuma atradnes radās baktēriju kopienu dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultātā bezskābekļa atmosfērā. Kurskas magnētiskā anomālija un ar to saistītās dzelzsrūdas atradnes veidojās skābekļa laikmeta sākumā. Tomēr vairāk šāda mēroga nogulumu neparādījās un diez vai kādreiz atkal sāks veidoties: atmosfēras, akmeņu un okeāna ūdeņu sastāvs kopš tā laika ir mainījies daudzas reizes.

Taču šajā laikā ir mainījušās arī neskaitāmas dzīvo organismu paaudzes, un katra no tām paguva piedalīties globālajā Zemes evolūcijā. Jūras sūkļu biezokņi un kokiem līdzīgie zemes kosas ir pazuduši, pat mamutu bari ir pagātnē, atstājot pēdas ģeoloģijā. Ir pienācis laiks citām būtnēm un jaunām izmaiņām visos mūsu planētas apvalkos – ūdenī, gaisā un akmenī.