Еще В.И. Вернадский говорил, что в геологической истории Земли не удастся найти период, когда образование всех известных для него осадочных пород происходило бы заведомо абиогенным путем. Следовательно, жизнь существовала на Земле всегда — "биосфера геологически вечна". За последние годы исследований накопилось достаточно данных, в ходе изучения которых точка зрения Вернадского получила весомые фактические подтверждения. Иначе говоря, достоверные следы жизни известны в геологической летописи Земли с того самого момента, когда возникает принципиальная возможность их фиксации.

Таким образом, жизнь на Земле возникла, очевидно, еще в доархейские времена и пережила Последнюю тяжелую бомбардировку на границе гадея и архея. Большую роль при ее развитии играли подводные гидротермальные источники, приуроченные к разломам в океанической коре.

В архее Земля уже была колыбелью для широкого диапазона бактериальной жизни. Метаболизм последнего общего предка живых существ, вероятно, основывался на водороде. Однако имеется много других возможных типов метаболизма, основанных на сере, азоте и углероде, все из которых были чрезвычайно древними. Архейские ископаемые пока найдены исключительно в водных средах — морских или озерных, но не в реках или временных водоемах. Однако имеются сведения о находке микрофоссилий и в участках древней коры выветривания Карельского кратона Балтийского (Фенноскандинавского) щита, то есть на суше.

В древнейшие времена гадея и эоархея жизнь уже существовала, однако какие формы она принимала в те времена, мы пока не знаем. Возможно, это были строматолиты, как это изобразил художник

Все типы архейских микроископаемых морфологически простые — небольшие палочкообразные тела, неорнаментированные коккоиды или извилистые трубчатые или однорядные нити. Поскольку большинство из них известно из целого ряда геологических единиц различного возраста, это позволяет уверенно интерпретировать эти микроокаменелости как членов развитого докембрийского бактериального эволюционного сообщества. Очевидно, авто- и гетеротрофность возникли одновременно, поскольку их изолированное существование невозможно.

Тот факт, что ранние следы жизни часто обнаруживаются в гидротермальных окружающих условиях, может объясняться помимо прочего, тем, что гидротермальная силификация способствует сохранению клеточной структуры.

ГАДЕЙ

4,6–4,0 млрд. лет назад. Непосредственных геологических свидетельств истории Земли и существования жизни в гадее почти не осталось, и основные заключение строятся на основе косвенных данных, полученных большей частью при помощи химического и изотопного анализа редчайших сохранившихся пород.

Джек Хиллс

4,252 млрд. лет назад. [Jack Hills, Yilgarn Craton, Western Australia]

Джек Хиллс, кратон Илгарн, Западная Австралия.

Расположение знаменитого местонахождения на западе Австралии	Одно из обнажений породы в Джек Хиллс

Холмы Джек Хиллс, справа - обнажение кварцита с галечным конгломератом

Древнейшие известные на Земле кристаллы циркона из Джек Хиллс могли образоваться только в присутствии жидкой воды, что говорит о существовании протоокеанов в этом раннем периоде земной истории. Более умеренные, чем прежде предполагалось, условия Гадея, вероятно, были благоприятны для раннего развития жизни. Находка алмазно-графитовых включений в некоторых гранулах циркона из Джек Хиллс (не в самых древних из них) дала уникальную возможность исследовать самый ранний известный углерод на Земле. Получены значения изотопов углерода от –5‰ до –58‰, в среднем –31‰. Это значительно выходит за пределы значений, типичных для материала мантии, которые составляют –6‰. Концентрация легкого изотопа углерода в столь древних породах является свидетельством присутствия жизни на Земле уже в те давние времена, хотя свидетельство это неоднозначное.

ЭОАРХЕЙ

4,0–3,6 млрд. лет назад. Из этой эпохи сохранилось крайне мало осадочных пород, и все они подверглись сильной метаморфизации. Известны только косвенные следы жизни, основанные на соотношении изотопов углерода. В эоархее атмосфера еще не содержала свободного кислорода и поэтому жизнь развивалась в анаэробных условиях. Первые организмы должны были использовать органический материал небиологического происхождения. Поэтому ранние прокариоты были гетеротрофами, а также, возможно, хемотрофами. Но не исключается и фотосинтез в ограниченных количествах. Биологическая активность фокусировалась возле высокотемпературных гидротермальных источников. Вскоре после вулканического извержения, когда температура поверхности пород падает ниже 113°С, жизнь уже может существовать, причем бактериальная колонизация стекловидного вещества подушечных лав происходит одновременно везде, куда может проникнуть морская вода.

Остров Акилия

3,85 млрд. лет. [Akilia Island, Western Greenland]

Остров Акилия, юг Западной Гренландии.

Расположение острова Акилия

Вид на остров Акилия с высоты птичьего полета; обнажения пород на острове Акилия

Акилия. Одни из самых древних пород на Земле. Справа: стрелка указывает на кремнистый слой толщиной 5 м. Это предположительный кандидат на самый древний сохранившийся осадочный слой на Земле

Этот небольшой остров расположен в 22 км от столицы Гренландии города Нуук. Породы острова Акилия содержат железные полосчатые отложения, которые подверглись значительной степени метаморфизации. Присутствует легкий изотоп карбона в гранулах апатита в железосодержащем кварците, указывая на биологическую активность при образовании породы. Нет полной уверенности в том, что эта порода была осадочной. Некоторые сомнения вызывает возраст кристаллов апатита, в которые включен графит — 1,6 млрд. лет. Появились работы, утверждавшие, что эти породы кварцевого пироксена имеют вулканическое происхождение и не содержат жизненных форм. Однако затем Айво Лепланд (Aivo Lepland) и Густаф Аррениус (Gustaf Arrhenius), соавторы этих работ, независимо друг от друга заявили, что результаты их исследований не только не воспроизводимы, но и проводились на перепутанных образцах. Таким образом, ситуация возвращается в первоначальное положение и породы с острова Акилия снова претендуют на самое древнее свидетельство жизни.

Зеленокаменный пояс Исуа

3,8–3,7 млрд. лет. [Isua Greenstone Belt, Western Greenland]

Зеленокаменный пояс Исуа, юг Западной Гренландии.

Расположение древнейших осадочных пород - острова Акилия и пояса Исуа; схема супраскрастального пояса Исуа

Гора Исуа (1240 м). Крупнейший выход осадочной железно-полосчатой породы возрастом 3,8 млрд. лет находится возле вершины	Подводные базальтовые отложения Исуа	Подводные архейские базальтовые потоки (подушечные базальты)

Породы здесь состоят из различных метаморфизированных изверженных и осадочных пород, включая лавовые подушки и полосчатые железные формации. Эти формации (джеспилиты), впервые отмеченные именно здесь, в Исуа, говорят о том, что в океане появился свободный молекулярный кислород, биогенного или абиогенного происхождения, при помощи которого происходит осаждение железа. Базальтовые лавовые подушки образовались при контакте лавы с водой, предполагая, что породы Исуа были отложены на поверхности исконной океанической коры. Эти породы несколько раз претерпели метаморфизм и были значительно искажены, однако первоначальные осадочные структуры все еще очевидны на некоторых участках.

Древнейшие осадочные породы на Земле	Графит в породах Исуа	Гранулы графита в метаморфизированной породе

Изотопы цинка указывают на щелочной характер окружающей среды вокруг гидротермальных источников в отложениях Исуа, что означает благоприятные условия для стабилизации аминокислот и поддержания ранней жизни. Спектроскопия комбинационного рассеяния и геохимические анализы показывают, что углерод в породах имеет первичное происхождение, а не осажден из вулканических пород, (Van Zuilen, 2002, 2003). Метеморфизированные осадочные породы содержат легкий изотоп углерода, характерный для биогенных пород. Это свидетельствует о биологической фиксации углерода фотосинтезирующими или хемотрофными организмами. Исследования изотопного состава самих графитовых гранул (Mojzsis, 1996) подтвердило биогенный характер происхождения углерода. Позже Rosing (1999) обнаружил графитовые глобулы в обломочных осаждениях пояса Исуа. Они имели такой же изотопный состав, подтверждая наличие фотосинтеза.

Другой способ определить, существовал ли кислородный фотосинтез уже в тех древних временах, состоит в том, чтобы искать признаки экологической оксигенации. Изотопная система U–Th–Pb пояса Исуа интерпретируется как имеющая признаки оксигенации фотической зоны, (Rosing & Frei, 2004). Так как уран растворим в окислительных жидкостях и немобилен в восстановительных, тогда как торий немобилен при обоих обстоятельства, то снижение количества урана относительно тория означает, что, по крайней мере, часть водоемов Isua содержала растворенный кислород, что опять подтверждает существование фотосинтеза.

Возможно также существование бескислородного фотосинтеза у термофильных бактерий этого времени.

На этом фото полевая команда (слева направо: доцент Vickie Bennett, профессор Allen Nutman и доктор Clark Friend, 2012) исследует скалы в Гренландии. Ученые обнаружили строматолиты в слоях пород, обнажившихся после таяния льда	Геолог Кларк Френд, признанный знаток архейских пород Гренландии, разглядывает обнаруженные слоистые структуры: охристые слои сложены доломитом, светлые — кварцитом и доломитом. Стрелка указывает на неровности доломитового слоя — строматолиты

Породы возрастом 3,7 миллиарда лет из зеленокаменного пояса Исуа в Гренландии, показывают конические строматолито-подобные структуры, которые являются ископаемыми свидетельствами бактериальной активности, и, таким образом, самым ранним свидетельством жизни на Земле

В 2012 году тающий ледник открыл местонахождение, в котором были обнаружены слоистые строматолитовые образования, схожие с подобными палеоархейскими постройками. Они принадлежат этой же формации, датируются возрастом 3,71–3,695 млрд. лет и являются самыми древними обнаруженными строматолитами, зародившимися в эоархейском море Isua. 

Строматолиты формации Isua. а — форма прослоев в образце из нового местонахождения. b — прорисовка этих слоев с обозначениями: strom — отдельный строматолит, stroms — наложенные друг на друга строматолиты с видимыми слоистыми поверхностями, голубой пунктир — доломитовые участки, красный пунктир — направление залегания кварцито-доломитов, зеленый пунктир — косая слоистость, появившаяся в результате слабой тектонической деформации. Для сравнения приведены: с и d — строматолиты из местонахождения Wooly Dolomite в Западной Австралии возрастом 2,7–2,4 млрд лет, которые имеют похожую форму асимметричных конусов или куполов

Присутствие доломита и кварца, которые при температурах свыше 550^оС превращаются в тремолит, означает, что эти породы почти не подверглись метаморфизации и сохранили свой первоначальный осадочный характер и структуру. Их размер не превышает мячик для гольфа. Спектры элементов осадочных пород подтвердили их морской мелководный характер, характерный для образования строматолитов. Таким образом, форма обнаруженных структур, их осадочная природа и невысокая температура их дальнейших преобразований доказывают, что эти находки представляют собой наиболее древние известные осадочные породы со следами жизни, оставленными бактериальными сообществами. 

Обновлено 12.12.2016