Возможные следы жизни обнаружены в вулканическом стекле возрастом 1,9 млрд лет

Фото из открытых источников

Ученые идентифицировали микроскопические следы в древнем вулканическом стекле как окаменелые отпечатки микробов, проникших в горные породы почти 1,9 миллиарда лет назад. Это открытие переосмысливает давно обсуждаемые метки как свидетельство активной жизни, стремящейся к получению питательных веществ в одной из самых ранних донных сред Земли. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Между слоями лавовых потоков на островах Белчер в Гудзоновом заливе, Канада, трещиноватое вулканическое стекло сохраняет эти следы в породах, измененных древней гидротермальной активностью.

Анализируя эти образования, Доминик Папино из Института глубоководной науки и инженерии (IDSSE) задокументировал следы, а также минералы, свидетельствующие о биологическом взаимодействии со стеклом.

Каждый след состоит из плотно сгруппированных сфер одинакового размера, соединенных органическим материалом – структура, соответствующая скоординированному поведению микроорганизмов, а не случайному росту минералов.

Поскольку эти следы встречаются в химически измененных отложениях гидротермальных источников, сама обстановка ограничивает способы образования этих структур и указывает на биологическое происхождение, что требует более тщательного сравнения с другими структурами в породе.

Исследователи называют эти следы ихнофоссилиями — отметинами, оставленными живыми организмами, а не останками тел, — потому что в породе сохраняются следы поведения, а не сами тела.

Вокруг сферических следов Папино обнаружил богатый фосфатами минерал апатит и соединения железа, которые соответствуют микроорганизмам, растворяющим стекло. «Следы сфероидальных ихнофоссилий, состоящих из титанита и органического вещества, окружают многочисленные наноскопические апатит и лепидокроцит», — написал Папино.

Такая структура указывает на активный поиск питательных веществ, а не на пассивный рост минералов.

Большинство круглых следов были чрезвычайно малы, их размер составлял всего несколько тысячных долей сантиметра. Небольшой разброс имеет значение, поскольку живые клетки часто группируются вокруг повторяющихся размеров, в то время как многие характеристики неживых минералов варьируются гораздо сильнее.

Цепочки похожих сфер также отличаются от более крупных минеральных пузырьков в той же породе, которые были заполнены распространенным минералом, называемым кальцитом, разновидностью карбоната кальция. Это само по себе не решает дело, но делает версию о случайном росте менее убедительной, чем раньше.

В других участках тех же пород прямые трубки тянулись бок о бок, придавая этим свидетельствам вторую, отчетливую форму. В этих трубках вокруг богатых углеродом остатков находился титанит, минерал, представляющий собой соединение кальция и титана, однако в большинстве из них отсутствовал сигнальный фосфат.

Поскольку ни одна трубка не заканчивалась захваченным кристаллом, формы меньше похожи на царапины, вырезанные блуждающими зернами. Разделение на сферы и трубки указывает на наличие более чем одного биологического процесса и, возможно, более чем одной стадии сохранения.

Эти породы образовались вблизи мелководных жерл на морском дне, а не на тихой илистой равнине вдали от вулканической активности. Скалистые вершины, пятна минералов ржавого цвета и затвердевшие поверхностные слои указывают на движение горячих, химически активных жидкостей в этом районе.

В таких местах фосфор и железо могут задерживаться в свежем стекле, а затем минералы продолжают замещаться по мере того, как вода проходит через трещины. Такая ситуация помогает объяснить, как микробы могли найти одновременно и химическую энергию, и достаточно мягкую породу для своих изменений.

Изотопы углерода и серы, более тяжелые и более легкие версии одних и тех же элементов, добавляют еще один аспект к этому вопросу. В некоторых образцах содержалось заметное количество углерода, а их химический состав указывал на вероятное происхождение из живых организмов.

«Стабильные изотопы обеспечивают дополнительные биосигнатуры для возможной хемолитотрофии», — написал Папино.

Эти пониженные значения соответствуют хемолитотрофной жизни, когда микробы получают энергию из горных пород и растворенных химических веществ, а не из солнечного света.

Некоторые узоры в этих породах, вероятно, образовались после захоронения, когда разлагающаяся биомасса и минералы реагировали без участия живых клеток. Папино связывает эти округлые и слоистые формы с диагенезом, химическими изменениями, происходящими во время захоронения, а не с активным туннелированием.

Аналогичные колебания содержания углерода также перекликаются с событием Шунга-Франсвилли, которое ознаменовало собой масштабное окисление после раннего повышения уровня кислорода на Земле. Отделяя эти более поздние реакции от следов, статья избегает рассмотрения каждой странной текстуры как окаменелости.

Подобные утверждения десятилетиями вызывали скептицизм, поскольку древние следы в вулканическом стекле могут быть воспроизведены более поздними минеральными изменениями. Более ранние исследования современного океанического стекла показали, что микроорганизмы могут создавать аналогичные текстуры, что делает данный случай живым аналогом.

Это скальное образование, называемое формацией Флаэрти, выделяется тем, что его формы, окружающие минералы и химические сигналы совпадают внутри одних и тех же отложений, измененных жерлом вулкана. Это сближение не устраняет неопределенность, но оно поднимает планку для любого объяснения, основанного исключительно на неживых явлениях.

Вулканическое стекло широко распространено на Земле и за ее пределами, поэтому данная работа выходит за рамки одного набора канадских горных пород. Ударное стекло уже обсуждалось как потенциальный объект для поиска древней жизни на Марсе.

В статье также предлагается в будущем искать группы подсказок, а не отдельные формы, рассматриваемые изолированно. Этот совет актуален как для других миров, так и для древнейших горных пород Земли, где ложные срабатывания могут привести к потере многих лет.

В одной из пострадавших систем жерл вулканов сложилась новая картина: микроорганизмы модифицировали вулканическое стекло, поглощали дефицитный фосфор и оставили перекрывающиеся биосигнатуры. Современные сравнения с морским дном должны были бы дополнительно проверить эту идею, но породы Флаэрти сейчас выглядят гораздо более живыми, чем просто случайными.