Ученые обнаружили признаки глубоководной микробной жизни в неожиданном месте

Фото из открытых источников

Вдали от источников солнечного света едва заметные следы на марокканском камне свидетельствуют о том, что жизнь оставила свой след в месте, которое долгое время считалось стертым временем. Результаты исследования были опубликованы в журнале Geology.

Это открытие важно, потому что оно ставит под сомнение представления ученых о том, где могут сохраняться хрупкие следы ранних экосистем, и где им следует продолжать их поиски.

Эти следы выглядят как крошечные гребни, сохранившиеся в глубоководных слоях песка и ила, осевших на морском дне на глубине примерно 180 метров.

Вдоль долины Дадес в Марокко на волнистых плитах были видны очень мелкие гребни, расположенные поверх волнообразных борозд.

Исследование возглавил Роуэн Мартиндэйл, специалист по наукам о Земле из Техасского университета в Остине, изучающий, как морское дно сохраняет следы древней жизни. Научные интересы Мартиндэйл сосредоточены на рифах и микробных системах, сочетая полевые наблюдения с лабораторными анализами. Этот подход оказался решающим, поскольку подобная текстура наблюдалась в породах, которые казались слишком динамичными, чтобы в них могли сохраняться микробные маты.

Морщинистые структуры представляют собой гребни и небольшие ямки, образующиеся на песчаных поверхностях после распространения микроорганизмов по влажному осадку. Микробный слой, а точнее, липкий слой микробов, связывающий песчинки, может задерживать песок и затвердевать верхние несколько миллиметров. 

Многие складки имеют размер от 1 до 10 миллиметров (от нескольких сотых до нескольких десятых дюйма), поэтому роющие животные обычно их выкапывают. Поскольку солнечный свет помогает многим организмам, строящим маты, ученые чаще всего ожидают появления складок на мелководье и приливных отмелях.

Марокканские рябь образовалась в турбидитах — глубоководных отложениях, сформированных плотными потоками осадочных пород, — а не в пляжном песке.

Облака осадочных пород быстро спускались вниз по склону и оседали, оставляя после себя слоистые песчаные отложения, покрытые илом, в периоды затишья. Эти слои датируются примерно 180 миллионами лет назад, когда донные животные были распространены и хорошо переносили мягкие осадки. Такое сочетание факторов делало маловероятным фотосинтетическое происхождение и еще более затруднило объяснение сохранения любых морщин.

Мартиндэйл призвала свою команду рассматривать текстуру как тест. «Давайте проанализируем все имеющиеся доказательства, чтобы убедиться, что это именно морщинистые структуры в турбидитах», — сказала она.

Исследователи подтвердили, что эти пласты представляют собой турбидиты, отслеживая слои осадочных пород, форму ряби и места появления нор на скале. Без учета этого контекста похожие на вид морщины могли бы возникать в результате простой деформации, вызванной потоком жидкости, и не несли бы биологического сигнала.

В ходе исследования химический анализ выявил избыток углерода непосредственно под морщинистой поверхностью, а не его равномерное распределение. Этот сигнал соответствует органическому углероду — углероду из некогда живого материала в отложениях, — поскольку микробы оставляют следы по мере своего роста и отмирания.

Микроскопические изображения, полученные в Техасском университете в Остине, показали, что складки затронули только верхние 0,08 дюйма (2 миллиметра), что соответствует поверхности мата.

Одного лишь углеродного датирования недостаточно для определения названий микроорганизмов, но оно подтверждает предположение о том, что биология существовала на границе между осадочными породами и водой.

Глубоко под солнечными лучами некоторые бактерии производят собственную пищу, а современные исследования морского дна показывают наличие таких скоплений даже в темноте.

Ученые называют это хемосинтезом — производством сахаров из химической энергии, а не из солнечного света, когда бактерии проводят реакции с сульфидом.

В новой работе команда объединила химические методы с видеосъемкой с помощью подводного аппарата, показав, что маты могут распространяться далеко за пределы освещенной солнцем зоны.

Эти современные примеры помогли им утверждать, что марокканские строители циновок черпали энергию из химических веществ, переносимых или выделяемых этими циновками.

Мутные потоки могут засыпать свежее органическое вещество, а в результате разложения кислород из воды, запертой между зернами в новом осадочном материале. В процессе расщепления пищи микробы могут выделять в иле сероводород — токсичный газ, вредный для многих животных.

Высокий уровень сульфидов препятствует выпасу скота и зарыванию нор, поэтому маты сохраняются дольше и могут сморщиваться, когда их сотрясают придонные течения. Лишь некоторые пласты достигают таких условий, что помогает объяснить, почему на одном и том же обнажении в одном месте наблюдаются резкие складки, а в соседних — ни одной.

Даже когда образуются сплошные слои породы, следующий поток обычно размывает поверхность, поэтому складки исчезают до того, как образуется камень.

Для сохранения геологических форм необходим литификация — затвердевание осадочных пород в горную породу под действием минералов, которые скрепляют зерна, — прежде чем эрозия очистит поверхность. Затишья между потоками позволяют грязевым матам слегка подсохнуть и растрескаться, образуя небольшие гребни, которые затем покрываются тонким слоем грязи. Эта цепочка событий создает тафономическое окно — короткий интервал времени, когда сохранение образцов на оживленном морском дне становится проще.

Сообщения о наличии складок в других глубоководных породах вызвали споры, поскольку многие геологи считали, что глубокие пласты — неподходящие места для их поиска.

В новом варианте результатов добавлены критерии для оценки морщин, образованных в процессе жизни, которые сочетают в себе признаки слоев, химический состав и современные сравнения, а не только форму.

«Морщинистые структуры являются действительно важными свидетельствами ранней эволюции жизни», — сказала Мартиндэйл.

Рассматривая турбидиты как потенциальную среду обитания для почвенных матов, исследователи могут повторно изучать старые обнажения и искать в новых бассейнах скрытые экосистемы, функционирующие за счет химических процессов.

В совокупности данные о складках земной коры в Марокко и лабораторные исследования показывают, что глубоководные участки морского дна способны сохранять микробную активность при правильном химическом составе.

Мартиндэйл планирует лабораторные эксперименты по наблюдению за тем, как маты сминаются в контролируемых потоках, и команда подчеркивает необходимость осторожности при работе с материалами, имеющими схожую текстуру и не содержащими углерод.