Kuidas mikroorganismid moodustasid maakoore

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Mäed näevad lõputu Mongoolia stepi taustal eriti efektsed välja. Jalamil seistes tekib kiusatus mõtiskleda maa sisikonna kolossaalse jõu üle, mis need seljandikud on kuhjanud. Kuid juba teel tippu hakkab pilku püüdma õhuke kiviseid servi kattev muster. See vihmavesi söövitas kergelt mäe moodustanud iidsete arheotsüütkäsnade, mäeaheliku tõeliste ehitajate, poorseid skelette.

Suure ehituse väikesed hiiglased

Kunagi enam kui pool miljardit aastat tagasi kerkisid nad sooja mere põhjast vulkaanilise saare ereda riffina. Ta suri, kattudes paksu kuuma tuhakihiga – mõned arheotsüüdid põlesid isegi ära ja külmunud tuffis säilisid õõnsused.

Paljud luustikud, mis olid elu jooksul kokku kasvanud ja meretsemendikihtide keerdudes kivisse "külmunud", jäävad aga tavapärastele kohtadele ka tänapäeval, kui merd on ammu läinud. Iga selline skelett on väiksem kui väike sõrm. Kui palju neid on?

Pisikeste radiolaaride skeletid moodustavad mäeahelike ränikivimid.

Olles hinnanud madala mäe mahtu (ligikaudu kilomeeter jalamil läbimõõduga ja umbes 300 m kõrgust), võime arvutada, et selle ehitamisel osales umbes 30 miljardit käsna. See on rängalt alahinnatud näitaja: paljud luustikud on pikka aega pulbriks hõõrutud, teised on täielikult lahustunud, ilma et oleks olnud aega kaitsvate settekihtidega katta. Ja see on ainult üks mägi ja Mongoolia lääneosas on terved ahelikud.

Kui kaua võttis aega, et väikestel käsnadel nii suursugune "projekt" valmis sai?

Ja siin on lähedal veel üks kalju, väiksem ja mitte valge lubjakivi, vaid punakashall. Selle moodustavad õhukesed ränikivikihid, mis on rauasulgude oksüdeerumise tõttu roostes. Kunagi olid need mäed merepõhjaks ja kui õigesti mööda kihte lõhestada (lööb kõvasti, aga ettevaatlikult), siis avaneval pinnal on näha lugematuid 3-5 mm nõelu ja riste.

Need on merekäsnade jäänused, kuid erinevalt kogu arheotsaatide lubjarikkast skeletist on nende alus moodustatud eraldiseisvatest ränielementidest (spiculitest). Seetõttu murenesid nad pärast surnud põhja oma "detailidega".

Iga käsna luustik koosnes vähemalt tuhandest "nõelast", neid on igal ruutmeetril hajutatud umbes 100 tuhat. Lihtne aritmeetika võimaldab hinnata, kui palju loomi kulus 20-meetrise kihi moodustamiseks vähemalt 200 x 200 m: 800 miljardit. Ja see on vaid üks meid ümbritsevatest kõrgustest – ja ainult paar ligikaudset arvutust. Kuid juba neist on selge, et mida väiksemad on organismid, seda suurem on nende loov jõud: Maa peamised ehitajad on üherakulised.

Üherakuliste planktonvetikate – kokoliidide – ažuursed lubjarikkad plaadid liidetakse suurteks kokosfäärideks, mis murenedes muutuvad kriidiladestusteks.

Maal, vees ja õhus

On teada, et iga 1 cm³Kirjutuskriit sisaldab umbes 10 miljardit peent lubjarikast planktoni vetikate kokkolitoforiidi soomust. Mongoolia merede ajast palju hiljem, mesosoikumis ja praegusel kainosoikumi ajastul, püstitasid nad Inglismaa kriidikaljud, Volga Žigulid ja muud massiivid, mis katsid kõigi tänapäevaste ookeanide põhja.

Nende ehitustegevuse ulatus on hämmastav. Kuid need kahvatuvad võrreldes muude muutustega, mille tema enda elu planeedil on teinud.

Merede ja ookeanide soolase maitse määrab kloori ja naatriumi olemasolu. Mereloomad ei vaja kumbagi elementi suurtes kogustes ja need kogunevad vesilahusesse. Kuid peaaegu kõik muu – kõik, mida jõed kannavad ja mis tuleb soolestikust kuumade põhjaallikate kaudu – imendub hetkega. Räni võtavad nende ehitud kestadeks üherakulised ränivetikad ja radiolaariumid.

Peaaegu kõik organismid vajavad fosforit, kaltsiumi ja loomulikult süsinikku. Huvitaval kombel tekib lubjarikas skelett (nagu korallide või iidsete arheotsaatide oma) süsihappegaasi eraldumisel, seega on kasvuhooneefekt riffide ehitamise kõrvalsaadus.

Kokkolitoforiidid imavad veest mitte ainult kaltsiumi, vaid ka lahustunud väävlit. See on vajalik orgaaniliste ühendite sünteesiks, mis suurendavad vetikate ujuvust ja võimaldavad neil püsida valgustatud pinna lähedal.

Kui need rakud surevad, lagunevad orgaanilised ained ja lenduvad väävliühendid aurustuvad koos veega, toimides pilvede tekke seemnena. Liiter merevett võib sisaldada kuni 200 miljonit kokolitoforiidi ja igal aastal varustavad need üherakulised organismid atmosfääri kuni 15,5 miljonit tonni väävlit – peaaegu kaks korda rohkem kui maismaavulkaanid.

Päike on võimeline andma Maale 100 miljonit korda rohkem energiat kui planeedi enda sooled (3400 W/m² vastu 0,00009 W / m²). Tänu fotosünteesile saab elu neid ressursse kasutada, omandades geoloogiliste protsesside võimalused ületava jõu. Muidugi hajub suur osa päikesesoojust lihtsalt laiali. Kuid samas on elusorganismide toodetud energiavoog 30 korda suurem kui geoloogiline. Elu on planeeti kontrollinud vähemalt 4 miljardit aastat.

Looduslik kuld moodustab mõnikord veidraid kristalle, mis on väärtuslikumad kui väärismetall ise.

Valguse jõud, pimeduse jõud

Ilma elusorganismideta poleks paljusid settekivimeid üldse tekkinud. Mineraloog Robert Hazen, kes võrdles mineraalide mitmekesisust Kuul (150 liiki), Marsil (500) ja meie planeedil (rohkem kui 5000 liiki), jõudis järeldusele, et tuhandete maapealsete mineraalide ilmumine on otseselt või kaudselt seotud selle aktiivsusega. biosfäär. Settekivimid kogunesid veekogude põhja.

Sügavusse vajudes moodustasid organismide jäänused miljonite ja sadade miljonite aastate jooksul võimsaid ladestusi, mis jäid mäeahelikena maapinnale välja pressima. Selle põhjuseks on tohutute tektooniliste plaatide liikumine ja kokkupõrge. Kuid tektoonika ise poleks olnud võimalik ilma kivimeid omamoodi "tumedaks" ja "kergeks aineks" jagamata.

Esimest esindavad näiteks basaltid, kus domineerivad tumedate toonide mineraalid - pürokseenid, oliviinid, aluselised plagioklaasid ning elementide hulgas - magneesium ja raud. Viimased, näiteks graniidid, koosnevad heledatest mineraalidest – kvartsist, kaaliumpäevakividest, albiidist plagioklaasidest, milles on palju rauda, alumiiniumi ja räni.

Tumedad kivimid on tihedamad kui heledad (keskmiselt 2,9 g / cm³ vastu 2,5-2,7 g / cm³) ja moodustavad ookeaniplaadid. Vähem tihedate, "kergete" mandrilaamadega kokkupõrkel vajuvad ookeanilised nende alla ja sulavad planeedi soolestikus.

Rauamaakide ere vööt peegeldab tumedate räni- ja punaste raudkihtide hooajalist vaheldumist.

Vanimad mineraalid näitavad, et see oli "tumeaine", mis ilmus esimesena. Need tihedad kivimid ei saanud aga plaate liikuma panemiseks enda sisse vajuda. Selleks oli vaja "helget poolt" – mineraale, mida Marsi ja Kuu liikumatus maakoores napib.

Robert Hazen ei usu ilmaasjata, et Maa elusorganismid, muutes ühed kivimid teisteks, viisid lõpuks plaatide "kergeaine" kogunemiseni. Muidugi ei seadnud need olendid – enamasti üherakulised aktinomütseedid ja muud bakterid – endale nii superülesannet. Nende eesmärk, nagu alati, oli süüa leida.

Ookeanide mustmetallurgia

Tegelikult on vulkaani pursanud basaltklaasis 17% rauda ja selle iga kuupmeeter on võimeline toitma 25 kvadriljonit raudbakterit. Olles eksisteerinud vähemalt 1,9 miljardit aastat, muudavad nad oskuslikult basaldi uute savimineraalidega täidetud "nanosetiks" (viimastel aastatel on sellist mehhanismi tunnustatud kui savimineraalide biogeenset tehast). Kui selline kivi saadetakse soolestikku sulatamiseks, moodustuvad sellest uued, "kerged" mineraalid.

Tõenäoliselt on see bakterite ja rauamaagi toode. Rohkem kui pooled neist tekkisid 2, 6 ja 1,85 miljardi aasta eest ning ainuüksi Kurski magnetanomaalia sisaldab umbes 55 miljardit tonni rauda. Ilma eluta ei saaks need peaaegu koguneda: ookeanis lahustunud raua oksüdeerimiseks ja sadestamiseks on vaja vaba hapnikku, mille ilmumine vajalikes kogustes on võimalik ainult tänu fotosünteesile.

Acidovorax bakterid stimuleerivad rohelise rooste – raudhüdroksiidi teket.

Elu on võimeline teostama raua "töötlemist" ja pimedas, hapnikuvaeses sügavuses. Selle metalli aatomid, mida veealused allikad kaasa kannavad, püüavad kinni bakterid, mis on võimelised raudrauda oksüdeerima, moodustades raudrauda, mis settib põhja rohelise roostega.

Paar miljardit aastat tagasi, kui hapnikku oli planeedil veel väga vähe, juhtus seda igal pool ja tänapäeval on nende bakterite tegevust näha mõnes hapnikuvaeses veekogus.

Väärtuslikud mikroobid

Võimalik, et ilma hapnikku mittevajavate anaeroobsete bakterite osaluseta poleks tekkinud suuri kullaladestusi. Väärismetalli peamised leiukohad (sh Lõuna-Aafrikas Witwatersrandis, kus uuritud varud on umbes 81 tuhat tonni) tekkisid 3, 8-2, 5 miljardit aastat tagasi.

Traditsiooniliselt arvati, et kohalikud kullamaagid tekkisid kullaosakeste ülekandmisel ja pesemisel jõgede poolt. Witwatersrandi kulla uurimine avab aga hoopis teistsuguse pildi: metalli "kaevandasid" iidsed bakterid.

Dieter Halbauer kirjeldas 1978. aastal kummalisi süsiniku sambaid, mis olid raamitud puhta kulla osakestega. Pikka aega ei äratanud tema avastus erilist tähelepanu, kuni maagiproovide mikroskoopiline ja isotoopanalüüs, maagi moodustumise modelleerimine tänapäevaste mikroobide kolooniate järgi ja muud arvutused kinnitasid geoloogi õigsust.

Ilmselt umbes 2,6 miljardit aastat tagasi, kui vulkaanid küllastasid atmosfääri vesiniksulfiidiga, väävelhapet ja vääveldioksiidi veeauruga, uhusid happevihmad minema hajutatud kulda sisaldavad kivimid ja viisid lahused madalasse vette. Väärismetall ise aga jõudis sinna elusolendite jaoks kõige ohtlikumate ühenditena, nagu tsüaniid.

Ohu ärahoidmiseks desinfitseerisid mikroobid vee, muutes mürgised kullasoolad metallorgaanilisteks kompleksideks või isegi puhtaks metalliks. Sädelevad osakesed settisid bakterikolooniatele, moodustades mitmerakulistest ahelatest, mida saab nüüd vaadata skaneeriva elektronmikroskoobiga. Mikroobid jätkavad kulla sadestamist ka praegu – seda protsessi täheldatakse näiteks Uus-Meremaa kuumaveeallikates, kuigi väga tagasihoidlikus mastaabis.

Nii Witwatersrand kui ka tõenäoliselt teised sama vanad maardlad tekkisid hapnikuvabas atmosfääris elavate bakterikoosluste elutegevuse tulemusena. Kurski magnetanomaalia ja sellega seotud rauamaagi maardlad tekkisid hapnikuajastu alguses. Rohkem selle ulatusega ladestusi aga ei tekkinud ja tõenäoliselt ei hakka need kunagi uuesti kuju võtma: atmosfääri, kivimite ja ookeanivee koostis on sellest ajast saadik korduvalt muutunud.

Kuid selle aja jooksul on vahetunud ka lugematu arv elusorganismide põlvkondi ja igaüks neist jõudis osaleda Maa globaalses evolutsioonis. Merekäsnade tihnikud ja maa puudetaolised korteid on kadunud, isegi mammutikarjad on minevikku jäänud, jättes jälje geoloogiasse. Aeg on kätte jõudnud teiste olendite ja uute muutuste jaoks kõigis meie planeedi kestades – vees, õhus ja kivis.