Долгое время предметом острых споров из-за проблем, связанных с изучением ископаемых микробов в чрезвычайно старых породах, было признано, что жизнь существовала на 3,5 Га. За последние несколько десятилетий был достигнут огромный прогресс в нашем понимании потенциала сохранения микробной жизни и методов, необходимых для изучения и выявления ее ископаемых следов в породах. В настоящее время общепризнано, что контекст так же важен, как и другие биосигнатуры, такие как морфологические останки или органо-геохимические сигнатуры.
Однако эти особенности были обнаружены в гидротермальной чертовой жиле, и этот факт ранее не признавался. Хотя фототрофы известны из среды гидротермальных источников, они не встречаются в самих гидротермальных каналах. Этот пример демонстрирует важность прямой контекстной информации, а также неопределенность опоры только на один вид биосигнатур - морфологию. Примитивные микробно-клеточные морфологии, как известно, просты и многие из них можно спутать с абиотическими особенностями аналогичной формы и размера. Еще один известный пример может проиллюстрировать этот момент.
Группа ученых провела весьма тщательные контекстуальные, морфологические и геохимические исследования и пришла к выводу, что микробы смогли проникнуть в заполненные водой трещины в виде, по сути, крупнозернистой вулканической лавы. Одним из примеров тому является обнаружение небольших шаровидных или удлиненных элементов размером до нескольких сотен нанометров, которые можно было сравнить с "нанобактериями". Нанобактерии, предположительно очень маленькие микроорганизмы, и их возможные ископаемые признаки в то время были очень популярны. Позднее было установлено, что "микрофоссилии" в метеорите являются просто минералогическими артефактами, образующимися при коррозии карбонатных отложений в трещинах.
Бентические фототрофические биосигнатуры
Фотографические биосигнатуры являются, пожалуй, одними из наиболее легко наблюдаемых и интерпретируемых микробных следов. Этому есть целый ряд причин. Более сложные фототрофы, появляющиеся позже, обладают чрезвычайно эффективным метаболизмом по сравнению с химиотерапевтами и, когда в подходящей фотической среде, способны производить большое количество биомассы.
Эта способность была тем более важна на ранней Земле, что не было конкуренции со стороны других, более развитых форм жизни и ограничений из-за выпасающихся организмов, как это происходит, по крайней мере, с последнего протерозоя. Биопленки и маты, образующиеся в результате фотосинтеза, могут быть относительно большими.
Кроме того, их липкие полимерные поверхности задерживают, связывают и стабилизируют осадочные поверхности, создавая отличительные структуры, которые видны из рекордных данных по породам уровней 3,2 Га, или даже 3,5 Га. Ранние архейские фототрофы создавали макроскопически узнаваемые признаки в виде табличных и купольных строматолитов, а также микробиологически индуцированных осадочных структур. Они также производили микроскопические биопленки и маты, впечатляющая степень сохранности которых была обусловлена очень ранней силикатизацией.
Пример: Купол Северного полюса, Пилбара, Австралия (3.5-3.4 Га) - В районе Северного полюса кратона Пилбара сохранилось большое разнообразие макроскопических строматолитоподобных структур. Исследователи старались различать те, которые образуются в связи с гидротермальными жидкостями, и те, которые не имеют этой связи, полагая, что строматолитоподобные свойства в первой категории не могут быть фототрофическими.
Однако это предположение не имеет смысла, поскольку фототрофические маты и биопленки сегодня широко распространены вокруг горячих источников. Кроме того, в непосредственной близости от мелководного гидротермального источника наблюдалась купольная структура диаметром порядка 15 см с пластически деформированными пластинками.
Деформация указывает на то, что купол состоял из когерентных пластин, которые были одновременно мягкими и гибкими, очень похожими на микробиологические фототрофические биопленки. Более того, как мы увидим ниже, в этот период имеется много доказательств присутствия фототрофов в гидротермальной среде в других местах.
Морфологические вариации от конических строматолитов (до 10 см в высоту) были интерпретированы как биологические реакции на такие экологические факторы, как глубина воды, приток наносов и - гидротермальная активность. Окружающая среда - приливно-отливная и над приливная скалистая вулканическая платформа, перекрытая валунным конгломератом и карбонатом чертовых пород, - со временем претерпела морскую трансгрессию.
Строматолиты, образующиеся в относительно высоких энергетических условиях на скалистом побережье нижнего течения, имеют доминирующую форму и покрывают подстилающие брекчийские/ конгломератовые фрагменты. С небольшим увеличением глубины воды (от над приливной до приливной) за ними последовали небольшие гребнеобразные/конические, волнистые и "яичные" ламиниты, а также различные крупные сложные конусы. Продолжающаяся трансгрессия карбонатной платформы характеризовалась волнистыми ламинитами.
Физическая экспрессия строматолитов в ранних архейских формациях Барбертонского пояса зеленых камней, хотя и силицифицирована, как в Пилбаре, но отличается. Макроскопические проявления строматолитов редки и состоят из низкоамплитудных пластин (от мм до см в высоту), образующихся на вершине базальтовых лав в образовании 3.3-3.2 Га Фигурного дерева. Пластинки не углеродистые и интерпретировались как строматолиты на основании их волнистой, несоответствующей морфологии.
Микроскопические остатки фототрофических биопленок в вулканических отложениях Барбертонского пояса впервые были обнаружены учеными и проведено детальное исследование влияния интенсивности света и/или небольших изменений энергии тока окружающей среды на морфологию фототрофических биопленок мелководных отложений 3,42 Га в основании формации.
Исключительное сохранение прочной, силицированной и эвапоритовой фототрофической биопленки с минеральной коркой в 3D на поверхности донных отложений, позволил провести широкий спектр биосигнатурных анализов, обеспечив беспрецедентное количество структурных и композиционных деталей, которые обычно доступны только при изучении современных фототрофических матриц. И это несмотря на большой возраст пород и явную зрелость углерода (т.е. деградированный кероген, соответствующий возрасту матрицы пород и более низким зеленым метаморфизмам пород).
Обычно очень необычно сохранять отдельные организмы в ископаемых строматолитических пластинках, но быстро силицированная биопленка толщиной ~10 мкм образовалась из очень тонких, длинных волокон диаметром <0,5 мкм и длиной до десятков микрон, намного меньших, чем те, которые образуют фототрофические маты сегодня. Биопленка была покрыта толстым слоем, характерным для фототрофических пленок, образующихся в среде, подверженной высыханию, и механизмом защиты от УФ-излучения и низкой активности воды.
Как отмечалось выше, углерод (кероген), как и следовало ожидать, является высокозрелым и состоит в основном из относительно ограниченного диапазона ароматических молекул, включая молекулу тиофена, содержащую серу. Тем не менее, он по-прежнему характеризуется элементарной сигнатурой, а также значениями изотопов углерода, согласующимися с фракционированием микробов. Все это органогеохимические признаки углеродистого вещества, характерные для жизни.