Архейская жизнь в поясе Барбертона Гринстоун - Википедия - Archean life in the Barberton Greenstone Belt

Эта статья о жизни из Архейский геологический эон. О разделении жизни см. Археи.

В Пояс Барбертона Гринстоуна восточной части Южной Африки содержит одни из наиболее широко распространенных ископаемое доказательства для Архейский жизнь. Эти клетка размер прокариот окаменелости видны в летописи окаменелостей Барбертона в породах возрастом 3,5 миллиарда лет.[1] Пояс Барбертона Гринстоун - отличное место для изучения архея. земной шар из-за открытого осадочный и метаосадочный горные породы.

Изучение самые ранние формы жизни на земной шар может предоставить ценную информацию, которая поможет понять, как жизнь может развиваться на других планетах. Уже давно выдвинута гипотеза, что жизнь могла существовать на Марсе из-за схожести экологических и тектонический условия в архейское время.[2] Зная среду обитания, в которой развивалась ранняя жизнь на Земле, и типы горных пород, которые ее сохраняют, ученые могут лучше понять, где искать жизнь на Марсе.

Зеленокаменный пояс расположен в области востока Южной Африки, выделенной красным цветом.

Глобальное начало жизни

Ископаемая жизнь возрастом 3,5 миллиарда лет также обнаружена в Кратон Пилбара Западной Австралии.[3] Это свидетельство, наряду с окаменелостями Барбертона, показывает, что клеточная жизнь должна была существовать к этому моменту в эволюции Земли. Есть работа, которая потенциально демонстрирует жизнь 3,8 миллиарда лет назад на территории современного западного региона. Гренландия,[4][5] но это очень обсуждается. Клеточная жизнь существовала 3,5 миллиарда лет назад и, таким образом, развивалась до этого времени. Поскольку Земле 4,5 миллиарда лет,[6] Для клеточной жизни на безжизненной Земле есть окно примерно в один миллиард лет.

Архейская тектоническая история Зеленокаменного пояса Барбертона

В Пояс Барбертона Гринстоуна расположен на Кратон Каапвааль, который охватывает большую часть юго-востока Африки и был образован в результате размещения гранитоид батолиты.[7] Кратон Каапваал когда-то был частью суперконтинент термин геологов Ваальбара это также включало Кратон Пилбара Западной Австралии.[7] Хотя точное время все еще обсуждается, вполне вероятно, что Ваалбара существовала примерно от 3,6 до 2,2 миллиарда лет назад,[8] а затем раскололись на два разных континента.

Свидетельства на всю жизнь

Сохранившаяся жизнь в архейских породах претерпела изменения за 3,5 миллиарда лет своей истории, и поэтому их трудно различить. В клеточная стенка структуру можно сохранить, но исходный состав со временем меняется и становится минерализованный. Существует шесть установленных критериев для определения правдоподобия данного микроструктура быть микрофоссилий:[9][10]

  1. Истинные микрофоссилии должны быть относительно многочисленными.
  2. Истинные микрофоссилии должны быть углеродистый состав или, если минеральный, биологически осажденный (например, некоторые бактерии образуют пирит из-за метаболический процессы).[11]
  3. Истинные микрофоссилии должны демонстрировать биологические морфология. (см. следующий раздел)
  4. Истинные микрофоссилии должны встречаться в геологически вероятном контексте (например, микрофоссилии отсутствуют в огненный рок, потому что жизнь не может расти в расплавленный лава).
  5. Истинные микрофоссилии должны вписываться в устоявшийся эволюционный контекст (например, сложные микрофоссилии вряд ли будут существовать через 3,5 миллиарда лет, поскольку они еще не эволюционировали от своих более простых клеточных предков).
  6. Истинные микрофоссилии должны отличаться от небиогенных. углеродистое вещество. (видеть Изотопный анализ раздел)

Морфология клетки

Клетки сохранились в летописи горных пород, потому что их клеточные стенки состоят из белков, которые превращаются в органический материал. кероген поскольку клетка разрушается после смерти. Кероген нерастворимый в минеральном кислоты, базы, и органические растворители.[12] Со временем он минерализуется в графит или графитоподобный углерод, или разлагается на углеводороды нефти и газа.[13]

Три основных типа морфологии клеток архей

Есть три основных типа морфологии клеток. Хотя не существует установленного диапазона размеров для каждого типа, сфероидные микрофоссилии могут быть всего лишь около 8 мкм, нитевидные микрофоссилии обычно имеют диаметр менее 5 мкм и длину от десятков мкм до 100 мкм, а размер веретена - как микрофоссилий могут иметь длину до 50 мкм.[1][14]

Изотопный анализ

Стабильный фракционирование изотопов это полезный способ охарактеризовать органический углерод и неорганический углерод. Эти числа представлены как δ13C значения, где C для химический элемент углерод. Изотопный анализ неорганического углерода обычно дает δ13Значения C выше -10 на мил, с числами, обычно лежащими между -5 и 5 промилле. Однако органический углерод имеет δ13Значения C в диапазоне от -20 промилле для фотоавтотрофный бактерии[15] до -60 промилле для микробных сообществ, которые перерабатывают метан.[16] Большой диапазон значений органического углерода связан с клеточный метаболизм. Например, организм который использует фотосинтез (а фототроф ) будет иметь другой изотоп δ13Ценность C, чем организм, который полагается на химические вещества для получения энергии ( автотроф ).

Окаменелости

Самые старые микрофоссилии из пояса Барбертон Гринстоун обнаружены в группе Онвервахт, в частности, в формациях Кромберг и Хуггеног.[1] Обе эти формации преимущественно вулканическая порода; в осадочная порода претерпел метаморфозы. Однако микрофоссилии все еще можно найти в черт, тип эвапорит что формируется в осадочный среды. Судя по свидетельствам в этих породах, вполне вероятно, что ранняя жизнь существовала в форме микробные маты и строматолиты. Доказательства этой гипотезы сохранились как в кремне, так и в литифицированный строматолиты.[1]

Строматолиты представляют собой большие колонии микроорганизмы, и встречаются как в летописи окаменелостей, так и редко в современных гиперсоленых средах. Типичный строматолит состоит из чередующихся слоев осадка и микробы. Микробы фотосинтетический; таким образом, строматолиты представляют собой мелководную среду в летописи окаменелостей из-за их необходимости существовать в фотическая зона водоемов. Строматолиты обычно состоят из нитчатых микрофоссилий.[17] Возраст самых старых строматолитов составляет примерно 3,5 миллиарда лет.[18] Возраст строматолитов в Барбертоне составляет около 3,3 миллиарда лет.

Микрофоссилии найдены в черт увеличить количество окаменелостей Барбертона до 3,5 миллиардов лет. В кремнях обнаружены все три типа морфологии микрофоссилий. Черт может иметь разные цвета, но микрофоссилии обычно встречаются в черных кремнях, поскольку темный цвет может указывать на органический материал.[1]

Будущие приложения

Ученые установили приблизительный возраст, когда жизнь впервые появляется в летописи окаменелостей, но это не обязательно равно времени, когда жизнь впервые появилась на Земле. Хотя окаменелости не были обнаружены в более старых породах, доказательства существования жизни можно найти и другими способами, такими как расширенный углерод. изотоп данные и Рамановская спектроскопия. В научном сообществе также продолжается работа по решению проблемы эволюции клеточной жизни на враждебной ранней Земле.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Уолш, М. (1991). «Микрофоссилий и возможные микрофоссилии из ранней архейской группы Onverwacht, горная местность Барбертон, Южная Африка». Докембрийские исследования. 54 (2–4): 271–293. Дои:10.1016 / 0301-9268 (92) 90074-Х. PMID  11540926.
  2. ^ Westall, F .; Стил, А .; Toporski, J .; Walsh, M .; Allen, C .; Guidry, S .; McKay, K .; Gibson, E .; Чафец, Х. (2000). «Внеклеточные полимерные вещества как биомаркеры в земных и внеземных материалах». Журнал геофизических исследований. 105 (10): 24511–24527. Bibcode:2000JGR ... 10524511W. Дои:10.1029 / 2000JE001250.
  3. ^ Шопф, Дж. (2006). «Ископаемые свидетельства архейской жизни». Философские труды Королевского общества B. 361 (1470): 869–885. Дои:10.1098 / rstb.2006.1834. ЧВК  1578735. PMID  16754604.
  4. ^ Mojzsis, S.J .; Arrhenius, G .; Киган, К.Д .; Harrison, T.H .; Nutman, A.P .; Друг, C.L.R. (2007). «Свидетельства существования жизни на Земле 3800 миллионов лет назад». Природа. 384 (6604): 55–58. Bibcode:1996Натура.384 ... 55М. Дои:10.1038 / 384055a0. HDL:2060/19980037618. PMID  8900275.
  5. ^ McKeegan, K.D .; Кудрявцев, А.Б .; Шопф, Дж. (2007). "Рамановские и ионно-микроскопические изображения графитовых включений в апатите из супракрустальных пород Акилии возрастом более 3830 млн лет в западной Гренландии". Геология. 35 (7): 591–594. Bibcode:2007Гео .... 35..591M. Дои:10.1130 / G23465A.1.
  6. ^ Паттерсон, К. (1956). «Возраст метеоритов и Земли» (PDF). Geochimica et Cosmochimica Acta. 10 (4): 230–237. Bibcode:1956GeCoA..10..230P. Дои:10.1016/0016-7037(56)90036-9.
  7. ^ а б Чейни, Э. (1996). «Последовательная стратиграфия и тектоническое значение плит трансваальской последовательности на юге Африки и ее эквивалента в Западной Австралии». Докембрийские исследования. 79 (1–2): 3–24. Bibcode:1996ПРЕР ... 79 .... 3C. Дои:10.1016/0301-9268(95)00085-2.
  8. ^ Zegers, T.E .; de Wit, M .; Dann, J .; Уайт, С. (1998). «Ваалбара, самый старый собранный континент Земли? Комбинированный структурный, геохронологический и палаомагнитный тест». Терра Нова. 10 (5): 250–259. Bibcode:1998ТеНов..10..250Z. CiteSeerX  10.1.1.566.6728. Дои:10.1046 / j.1365-3121.1998.00199.x.
  9. ^ Schopf, J.W .; Уолтер, М. (1983). «Архейские микрофоссилии: новое свидетельство существования древних микробов». В Schopf, J.W. (ред.). Древнейшая биосфера Земли. Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. С. 214–239.
  10. ^ Бьюик, Р. (1984). «Углеродистые нити с Северного полюса, Западная Австралия: являются ли они ископаемыми бактериями в строматолитах архея?» (PDF). Докембрийские исследования. 24 (2): 157–172. Bibcode:1984ПРЕР ... 24..157В. Дои:10.1016/0301-9268(84)90056-1. Архивировано из оригинал (PDF) 25 апреля 2012 г.
  11. ^ Ohmoto, H .; Kakegawa, T .; Лоу, Д. (1993). «Биогенные пириты возрастом 3,4 миллиарда лет из Барбертона, Южная Африка: доказательства изотопа серы». Наука. 262 (5133): 555–557. Bibcode:1993Наука ... 262..555O. Дои:10.1126 / science.11539502. PMID  11539502.
  12. ^ Philp, R.P .; Кальвин, М. (1976). «Возможное происхождение нерастворимых органических (керогенных) остатков в отложениях из нерастворимых материалов клеточных стенок водорослей и бактерий». Природа. 262 (5564): 134–136. Bibcode:1976Натура.262..134П. Дои:10.1038 / 262134a0.
  13. ^ Тегелаар, E.W .; deLeeuw, J.W .; Derenne, S .; Ларгау, К. (1989). «Переоценка образования керогена». Geochimica et Cosmochimica Acta. 53 (11): 3103–3106. Bibcode:1989GeCoA..53.3103T. Дои:10.1016/0016-7037(89)90191-9.
  14. ^ Oehler, D.Z .; Роберт, Ф .; Mostefaoui, S .; Мейбом, А .; Село, М .; Маккей, Д.С. (2006). «Химическое картирование протерозойского органического вещества при субмикронном пространственном разрешении». Астробиология. 6 (6): 838–850. Bibcode:2006AsBio ... 6..838O. Дои:10.1089 / ast.2006.6.838. HDL:2060/20060028086. PMID  17155884.
  15. ^ Schidlowski, M .; Hayes, J.M .; Каплан, И. (1983). J.W. Шопф (ред.). «Ранняя биосфера Земли». Издательство Принстонского университета: 149–186. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  16. ^ Шидловски, М. (1988). «Изотопная запись жизни из углерода в осадочных породах за 3 800 миллионов лет». Природа. 333 (6171): 313–318. Bibcode:1988Натура.333..313S. Дои:10.1038 / 333313a0.
  17. ^ Byerly, G.R .; Lowe, D.R .; Уолш, М. (1986). «Строматолиты из Свазилендской супергруппы объемом от 3 300 до 3 500 млн. Лет, Барбертон Маунтин Лэнд, Южная Африка». Природа. 319 (6053): 489–491. Bibcode:1986Натура.319..489Б. Дои:10.1038 / 319489a0.
  18. ^ Allwood, A .; Kamber, B.S .; Walter, M.R .; Burch, I.W .; Каник, И. (2010). «Микроэлементы фиксируют историю отложения строматолитовой карбонатной платформы раннего архея» (PDF). Химическая геология. 270 (1–4): 148–163. Bibcode:2010ЧГео.270..148А. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2009.11.013. Архивировано из оригинал (PDF) 25 апреля 2012 г.. Получено 18 ноября 2011.