Самые древние окаменелости или органические отложения? Исследование ставит под сомнение признаки жизни в породах возрастом 3,5 млрд лет
В регионе Пилбара в Западной Австралии находится один из древнейших сохранившихся участков земной коры, геологически неизменный с момента его формирования около 3,5 млрд лет назад.
Здесь, в районе Норт-Пол к западу от города Марбл-Бар, в черных породах из мелкозернистого кварца (кремня), были найдены одни из древнейших предполагаемых следов жизни.
Некоторые структуры в так называемом "Apex chert" были идентифицированы как окаменелые остатки микробов, похожих на современные бактерии. Однако с момента их открытия 30 лет назад ученые спорят об истинном происхождении этих образований.
В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, мы показываем, что богатые углеродом соединения, также найденные в кремне, могли быть образованы небиологическими процессами. Это говорит о том, что предполагаемые "окаменелости" — не остатки ранних форм жизни, а артефакты химических и геологических процессов.
Спорные окаменелости Пилбары
В 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф обнаружил богатые углеродом нитевидные структуры в обнажениях кремня Apex возрастом 3,45 млрд лет. Он интерпретировал их как обугленные остатки окаменелых микробов, подобных цианобактериям — первым организмам, производившим кислород на Земле.
Такая находка означала бы, что жизнь производила кислород более чем за миллиард лет до того, как атмосфера Земли стала богатой кислородом.
Ключевым доказательством в пользу биологического происхождения было наличие органических соединений рядом с древними "окаменелостями".
В 2002 году интерпретацию Шопфа оспорила команда английского палеобиолога Мартина Бразира. Они показали, что "окаменелости" имеют разнообразные формы и размеры, нехарактерные для цианобактерий и вообще для микробной жизни. Кроме того, черные кремни, содержащие "окаменелости", оказались не горизонтальными слоями, отложившимися на морском дне, а наклонными жилами, пересекающими нижележащие слои породы.
Эти кремни, по-видимому, сформировались при высоких температурах во время вулканической активности. Бразир утверждал, что такая среда была враждебна жизни, а "окаменелости" образовались из примесей графита в породе. Также высказывалось предположение, что углерод может иметь небиологическое происхождение.
Микробы или горячие флюиды?
Чтобы определить происхождение богатых углеродом отложений в черных кремневых жилах, мы детально изучили их с помощью электронного микроскопа высокой мощности.
Мы выяснили, что они не являются окаменелыми бактериями. Вещество, похожее на нефть, встречается в виде остатков в трещинах и окаменелых капель, которые ранее ошибочно принимали за древние окаменелости.
Текстуры в черных кремневых жилах указывают на то, что они образовались, когда горячие флюиды, богатые кремнеземом и углеродом, перемещались по трещинам в лавовых потоках ниже гидротермальных источников на морском дне, подобных современным "черным курильщикам". Приближаясь к морскому дну, горячие флюиды проникали в слои вулканических отложений, замещая их черным кремнем.
Если углерод поступил из такого горячего флюида, это подтверждает, что богатые углеродом нити в кремне Apex не являются окаменелостями. Однако возникает новый вопрос.
Обычно органические соединения, такие как нефть и газ (т.н. "ископаемое топливо"), образуются, когда остатки водорослей, бактерий и растений погребаются и нагреваются выше 65℃. Однако отложения в районе Норт-Пол очень тонкие (менее 50 м), бедны органическими молекулами и зажаты между километровыми лавовыми потоками. Как же в таких условиях образовались органические соединения?
Гидротермальные источники на ранней Земле
Возможный альтернативный путь образования органических молекул в кремневых жилах — небиологические процессы. Экспериментальные данные и исследования марсианских метеоритов показывают, что при циркуляции горячей воды через лаву или другую магматическую породу вода и CO2 могут реагировать с поверхностью минералов с образованием органических соединений. Подобные реакции предложены для объяснения наличия органических молекул в марсианских метеоритах и в некоторых магматических породах Земли.
Таким образом, углерод в черных кремнях Пилбары может представлять собой реликты органических соединений, образовавшихся в результате реакций между водой и горной породой. Более того, на ранней Земле гидротермальные источники на морском дне могли производить больше органических соединений, чем биологические процессы, что затрудняет различение подлинных углеродсодержащих окаменелостей и нефтеподобных артефактов.
Предварительные результаты показывают, что 3,5 млрд лет назад жизнь лишь боролась за выживание в неблагоприятной среде, регулярно покрываемой лавой из-за вулканических извержений и подвергавшейся жесткому солнечному излучению через атмосферу без защитного озонового слоя.
Заглядывая еще дальше в прошлое, черные кремни позволяют увидеть безжизненную планету. Реакции между водой и породой в гидротермальных источниках на морском дне производили коктейль органических соединений, возможно, поставляя сырье для сборки первых живых клеток.