Древнейшие следы жизни. Неоархей – 1/4

НЕОАРХЕЙ

2,8–2,5 млрд. лет назад. Весь неоархей и мезопротерозой длилась «золотая эра» строматолитов. Различные морфотипы от слоистых до микропальчиковых, обитавшие на отмелях и мелководьях ниже приливно-отливной зоны, в форме куполов, ветвящихся колонн и глубоководных конусов, экстенсивно участвовали в создании карбонатных платформ и первых обширных рифов. Но микрофоссилии все еще остаются редкими. Колонизация континентальных окраин цианобактериальными матами стала началом их процветающей активности. Метаболизм неоархейской биоты был вполне современным, включая анаэробное брожение, бескислородный фотосинтез, кислородный фотосинтез и аэробное дыхание аутотроф и гетеротроф. Гигантские неоархейские строматолитовые рифы являются обычными на большинстве кратонов того времени.

Группа Себакве

2,8 млрд. лет. [Sebakwian Group, Shangani Greenstone Belt, Zimbabwe]

Группа Себакве, зеленокаменный пояс Шангани, Зимбабве.

Местность Себакве	Себакве, поблизости от русла реки Шангани

	Местность Себакве	Куполообразные строматолиты

Протократон Себакве составляет ядро раннеархейского кратона Зимбабве. Его возраст около 3,5–3,35 млрд. лет, однако группа Себаквиан лежит выше его и значительно моложе. Группа Себаквиан в Зимбабве состоит из перидотита с хромитовыми слоями и имеет, по-видимому, магматическое происхождение. В Селукве до сих пор разрабатывается золото в многочисленных шахтах. Куполообразные строматолиты найдены в известняках зеленокаменного пояса возле Форт Виктория.

Формация Ванивилас

2,8 (2,75)–2,66 млрд. лет. [Vanivilas Formation (Dodguni Subgroup), Chidradurga Group, Dharwar Supergroup, South India]

Формация Ванивилас, группа Чидрадурга, супергруппа Дхарвар, Южная Индия.

	Расположение находок строматолитов в формации Ванивилас	Ак­тивно и пас­сивно вет­вя­щиеся формы ар­хей­ских стро­ма­то­ли­тов. Та­кие формы были ред­кими в до­ри­фей­ских по­сле­до­ва­тель­но­стях

Строматолиты из формации Ванивилас пояса Чидрадурга	Один из изолированных строматолитовых блоков, поблизости от Bhimsamudra

Ванивилас — самая нижняя формация группы Чидрадурга. Прибрежные морские осадочные породы, формировавшиеся в приливной зоне, конгломераты, железистые полосчатые сланцы, известняки, доломиты, кварциты. Находится все больше свидетельств палеобиологической активности в этой формации.

Строматолиты были найдены в свите кремнистых доломитов формации Ванивилас. Они находятся в областях Bhimasamudra, Marikanve (Marikanive) и Dodguni сланцевого пояса Чидрадурга. В целом, в основании пород этих находок распространены слоеобразные строматолиты, затем следуют куполообразные, столбчатые со стенными структурами, пальцеобразные типы строматолитов, слоистые и наконец, голые строматолиты на вершине доломитовых поясов. Строматолиты из Бхимасамудра состоят из цилиндрических и слегка конических столбиков, а также из псевдостолбчатых форм с вогнутыми вершинами (чашеобразные), развившимися на морщинистом или волнистом основании. Отмечено сращение и Y-образное ветвление столбиков. Развивались в приливной и надприливной зонах. Строматолиты Мариканве слоеобразные, часто определяемые как псевдоколончатые и куполообразные типы. Обитали в расположенной ниже приливно-отливной зоны окружающей среде.

Реконструкция отдельного строматолита вида Batiola  indica. Обратите внимание на центральное углубление

Цианобактериальные волокна найдены в области конгломератов Додгуни (Dodguni) группы Чидрадурга. Ассоциированные карбонатные породы показывают развитие строматолитов различного строения. Впечатляет морфологическое разнообразие этих строматолитов, которые было редким в дорифейских породах. Обильны обнаженные строматолитовые столбики, показывающие заметно расходящееся ветвление. Образовались в зоне прилива. Найденные морфологические формы напоминают Stratifera, Cryptophyton, Colonella, Kussiella, Gymnoselen и Tungussia.

Формация Ванивилас. Рисунок строматолита Batiola  indica	Строматолиты в сланцевых до­ло­ми­товых известняках, Бхима­са­муд­ра, формация Ванивилас	Чашеобразные строматолиты из Бхимасамудра, существовавшие в надприливной зоне

Описан распространенный здесь вид строматолитов Batiola indica, встречающийся как отдельно, так и колониями. Часто имеет чашеобразную или блюдцевидную форму. Более всего схож с типом Cryptophyton. Максимальные размеры 9 х 40, высота до 70 см. Профили слоев являются нерегулярными, выпуклыми и вогнутыми. Выпуклые слои расположены очень тесно. Поперечное сечение может быть овальным, продолговатым или трапециевидным. Распространен в формациях Vanivilas и Joldhal группы Читрадурга. Возраст около 2,6 млрд. лет.

Изотопный анализ углерода показывает значения от –18‰ до –34‰, ясно предполагая, что углерод в графите является биогенным. Размах биологической активности формации Ванивилас был впечатляюще большим. На это также указывают обширные отложения железа, марганца и известняков в архейском осадочном бассейне Дхарвар.

Хизоваар

2,803–2,706 млрд. лет назад. [Khizovaar structure (Hisovaara), Parandovo-Tikshozero greenstone belt, Northern Karelia, Russia]

Хизоваарская структура, Парандово-Тикшозерский зеленокаменный пояс, Карелия, Россия.

Лоухский район Карелии, через который простирается Хизоваарская структура

Многочисленные переплетающиеся нитевидные формы в архейских углеродсодержащих сланцах. Нити диаметром 3–5 мкм и длиной до 100 и более мкм, возможно, цианобактерии. Хорошо видны чехлы нитей, покрытые изнутри маленькими (диаметр <0.5 мкм) округлыми гранулами	Нить диаметром около 3 мкм и длиной более 50 мкм. Чехол нити покрыт изнутри округлыми, скорее всего, опаловыми гранулами	Нитевидные переплетающиеся формы. Хизоваарская структура

Нитевидные переплетающиеся формы, разорванные в центральной части изображения. Такой разрыв говорит о том, что трещина в породе образовалась уже после фоссилизации нитей	Ископаемые микроорганизмы из углеродистых сланцев. Фрагмент, полностью состоящий из переплетающихся нитей с диаметром около 3 мкм, возможно, цианобактерий. Вокруг видны мелкие коккоидные формы до 1 мкм в диаметре	Кок­ко­ид­ные формы из ме­та­пес­ча­ника, ту­фо­пес­ча­ника. Диа­метр кок­ков около 3 мкм. По­верх­ность по­крыта мел­ко­бу­гор­ча­той, до­вольно плот­ной обо­лоч­кой, об­ле­каю­щей ка­ж­дый кокк в от­дель­но­сти. На не­ко­то­рых эк­земп­ля­рах в по­крове на­блю­да­ются тре­щины

Мощный, сложно устроенный комплекс вулканогенно-осадочных пород. В северной части Хизоваарской структуры найдены микроорганизмы, обитавшие в мелководном бассейне осадконакопления. Они имеют нитевидную, натечную и коккоидную форму. Это подтверждает существование эукариот уже в архее. Нитевидные и палочковидные формы найдены в углеродосодержащих сланцах, кварцитах и туфогенно-осадочных породах. Диаметр нитей 3–5 мкм, длина до 100 мкм. Толстые чехлы нитчатых форм имеют негладкую, бугорчатую поверхность. По морфологии и размерам архейские нитчатые структуры наиболее близки к цианобактериям. В одном из образцов обнаружена структура, напоминающая цианобактериальный мат. Найдено несколько коккоидных форм, которые представляют собой округлые формы диаметром порядка 2–5 мкм, которые почти всегда образуют скопления. Поверхность этих сфер покрыта довольно плотной и толстой оболочкой с выступами, покрывающей каждую кокку в отдельности. Такая орнаментированная оболочка может быть признаком, характерным как для прокариот, так и для эукариот.

	Кок­ко­ид­ные струк­туры, свя­зан­ные с оже­лез­не­нием из уг­ле­род­со­дер­жа­щих слан­цев. Пред­по­ло­жи­тельно,  эти струк­туры — оже­лез­нен­ные ос­татки кок­ко­ид­ных бак­те­рий или же­ле­зо­бак­те­рии. Вверху справа: Оди­ноч­ные кок­ко­ид­ные формы, от­ме­чен­ные лишь в ту­фо­генно-оса­доч­ных по­ро­дах	Коккоидные формы, диаметр кокков около 3 мкм, поверхность неровная, шероховатая. Хизоваарская структура

Ископаемые микроорганизмы из туфогенно-осадочных пород. Крупные сферические кокки с диаметром до 10 мкм, покрытые тонкой оболочкой с бугорчатой поверхностью. Возможно, что это эукариоты	Ис­ко­пае­мые мик­ро­ор­га­низмы из ту­фо­генно-оса­доч­ных по­род. Сфе­ри­че­ские формы с диа­мет­ром до 10 мкм с бу­гор­ча­той по­верх­но­стью. Справа у обеих форм видны вы­росты (стрелки)	Фрагмент, целиком состоящий из плотно упакованных кокков. Хизоваарская структура

Также в углеродосодержащих сланцах обнаружены коккоидные структуры связанные с ожелезнением. Это более мелкие (диаметр до 2 мкм), ожелезненные округлые формы, соединенные в цепочки или образующие сплошную массу; одиночные кокки, имеющие неровную бугорчатую поверхность, диаметром 3–4 мкм, вкрапленные в породу и более крупные сферические формы с шероховатой поверхностью и диаметром порядка 10 мкм. В некоторых случаях эти коккоидные формы покрыты довольно толстой неровной бугорчатой, пузырчатой оболочкой (чехлом). К этой группе примыкают своеобразные «пушистые» формы. Их, вероятно, можно рассматривать как биогенную форму, покрытую «игольчатой» ожелезненной оболочкой.

В туфогенно-осадочных породах Хизоваарской структуры обнаружены также своеобразные уплощенно-овальные формы, длина которых достигает 5 мкм, ширина — порядка 3 мкм. Они погружены во вмещающие породы, поэтому считаются одновозрастными с этими породами, т.е. неоархейскими.

Хизоваарская структура. 1- Биогенная форма, покрытая «игольчатой» ожелезненной оболчкой; 2 - уплощенно-овальные формы в туфогенно-осадочных породах; 3 - увеличенный фрагмент левого снимка; 4-5 - бутылочковидная форма из туфогенно-осадочных пород; 6 - характер деления уплощенно-овальных структур. Такой тип деления характерен для низших грибов

Эти формы по краям окантованы тонким выпуклым валиком, на одной из узких сторон которого видны два миниатюрных (диаметром меньше 0,5 мкм) шаровидных образования. Также наблюдается возможное деление клеток: от материнской клетки отпочковывается более мелкая дочерняя клетка.

Встречены также сложноорганизованные формы. Среди них обнаружена бутылочковидная форма, покрытая чешуйчатыми пластинками. Эта форма напоминает представителей позднепротерозойского рода Melanocyrillium, занимающего неясное систематическое положение. Отличие неопротерозойских форм Melanocyrillium от архейских в их на порядок большем размере. Можно говорить о существовании в позднеархейских морях представителей эукариот: либо водорослей, либо раковинных амеб.

Озеро Воронье

2,8 млрд. лет назад. [Voronye Lake, Lekhta structure, Karelia, Russia]

Озеро Воронье, устье р. Нижняя Охта, Охтинская серия Лехтинской структуры, Карелия, Россия.

Скалистый берег на входе в Воронье озеро

Фрагменты нитевидных форм, похожих на цианобактерии, с диаметром около 2 мкм (стрелка) в породе, состоящей из коккоидных форм	Многочисленные кокки в минерализованном гликокаликсе. Озеро Воронье	Микрофоссилии озера Воронье. Фрагмент породы, состоящий из фоссилизированной биопленки с нитевидными и коккоидными формами

Остатки микроорганизмов встречены среди неоархейских (лопийских) кор выветривания озера Воронье по гранитам и плагиогранитам. Обильный комплекс микрофоссилий представлен нитчатыми, коккоидными, более крупными шаровидными формами, фоссилизированными биопленками и т. д. Принципиально важно обнаружение ископаемых микроорганизмов в древних корах выветривания, поскольку это означает, что в столь отдаленное время суша уже была заселена бактериями.

Бактериально-палеонтологические исследования, проведенные для  ряда образцов из профиля выветривания,  показали  наличие  в  них фоссилизированных микроорганизмов  разнообразной морфологии. Это, как правило, окаменевшие прокариотные формы (нитчатые и коккоидные), погруженные в минерализованную биопленку. 

Изогнутые бутылковидные формы, возможно, принадлежавшие эукариотам. Озеро Воронье	Уд­ли­ненно-оваль­ная форма, длина ко­то­рой пре­вы­шает 50 мкм, ши­рина больше 15 мкм; ве­ро­ятно, име­ется ми­не­ра­ли­зо­ван­ная обо­лочка тол­щи­ной 2–3 мкм, ко­то­рая час­тично раз­ру­шена. Не ис­клю­чено, что она мо­жет от­но­ситься к эу­ка­рио­там	Фрагмент породы, состоящий из разрушенных кокков и гантелевидных бактериоморфных форм

Нитчатые формы наиболее обильны. Большей частью это длинные нити диаметром до 1 мкм. Иногда наблюдаются довольно толстые оболочки у нитчатых бактериальных форм. Поверхность оболочек – грубая, бугорчатая. Как правило, нити погружены в фоссилизированный гликокаликс. Некоторые экземпляры напоминают смятые чехлы цианобактерий.

Коккоидные формы не столь многочисленны. Диаметр обнаруженных кокков порядка 1–2 мкм. Встречены как скопления кокков, так и одиночные кокки. Поверхность кокков обычно неровная, шероховатая. Возможно, это связано с особенностями их фоссилизации.

	Фрагмент породы, состоящий из разрушенных кокков, гантелевидных форм и обрывков нитей, покрытый биопленкой	Фоссилизированные  филаментные микроорганизмы  из  коры  выветривания. Озеро Воронье

На основании морфологических признаков фоссилизированные микроорганизмы, обнаруженные в образцах из коры выветривания, вероятно, могут быть отнесены к остаткам цианобактериальных  сообществ. Встречаются  так же и редкие ископаемые формы более сложной морфологии, вероятно, эукариоты.

Присутствие остатков предполагаемых фотосинтезирующих фоссилизированных микроорганизмов указывает на формирование этой породы в поверхностных условиях.

Базальты Маунт Роу

2,772–2,663 млрд. лет. [Mount Roe Basalt Formation, Fortescue Group, Mount Bruce Supergroup, Pilbara, Australia]

Базальты Маунт Роу, группа Фортескью, супергруппа Маунт Брюс, Пилбара, Австралия.

	Базальты Маунт Роу несогласованно перекрывают группу Whundo	Колончатые базальты

Маунт Роу — это самая древняя и нижняя формация в группе Фортескью. Состоит из базальтовой лавы, туфов, обломочных отложений (главным образом осадочных пород песчаников из речной дельты), известняков со столбчатыми строматолитами. Присутствовали обогащенные метаном неглубокие гидротермальные источники с температурами 140–220°C. Имеются следы наземного вулканизма. Палеопочвы формации Маунт Роу, образованные за счет субаэральных базальтовых потоков, не подвергались воздействию кислорода, что указывает на то, что этот газ еще не содержался в атмосфере того времени.

Пористые лавовые потоки у основания формации	Лавовый поток. Формация Маунт Роу

Песчаники и другие обломочные осадки содержат органический материал. Изотопный анализ углерода дает негативные значения от –30‰ до –40‰. Эти значения убедительно предполагают биологическую активность метанотрофов, обитающих также и у гидротермальных источников.

Текстуры и химический состав темных серицитовых материалов указывают, что метанотрофы обитали на краях кратковременных водоемов, которые затем пересыхали и ливневые дожди транспортировали материал к его теперешнему местонахождению. Открытие метанотрофов в палеопочвах Маунт Роу существенно расширяет их геологическую летопись на Земле. Существование метанотрофов в субаэральных условиях предполагает высокое давление метана в атмосфере неоархея. Такие уровни содержания метана могли компенсировать слабое излучение молодого Солнца (за счет парникового эффекта) и помогали предотвращать массивное оледенение в течение позднего архея.

Формация Харди

2,759 млрд. лет назад. [Hardey Formation, Fortescue Group, Mount Bruce Supergroup, Australia]

Формация Харди, группа Фортескью, супергруппа Маунт Брюс, Австралия.

	Полевое местонахождение формации Харди на северо-западе Австралии, где исследователь Биргер Расмуссен и его коллеги обнаружили окаменевшие свидетельства существования древних бактерий Земли	Базовые конгломераты формации Харди

	Игнимбрит - вулканическая осадочная порода, свита Бамбу Крик из формации Харди	Следы от капель дождя и от волн на поверхностях осадка формации Харди	Волновая рыбь на поверхности отложения. Формация Харди

Нижняя формация группы Фортескью. В основном кварцитовые песчаники, переслаивающиеся с базальтом и вулканическими агломератами. Одно из самых ранних свидетельств существования наземных и озерно-речных бактериальных матов в кварцеобломочных отложениях.

Ранняя Земля была экстремальным место для жизни — кислород в атмосфере отсутствовал, а значит, не было и озонового слоя, защищавшего поверхность от вредных ультрафиолетовых лучей. Большая часть представителей жизни в то время защищали себя, обитая в океанах или  выделяя тонкую пленку материала, который действовал как биологическая защита.

Детритовое кварцевое зерно, содержащее в микротрещинах флуоресцентные жидкие вложения, стрелка показывает нелюминесцентный кварц, заполняющий микротрещины. Формация Харди

В формации Харди были обнаружены бактерии, которые жили на крыше крошечных пустот в озерных и речных отложениях. Бактерии селились на поверхности небольших углублений в осадочной породе, глубиной в один сантиметр и шириной несколько миллиметров. Питались они за счет метана или серы, поступавших с потоками воды. Слой за слоем наращивался материал, формируя слоистые окаменелости. Эти полости хорошо предохраняли бактерий от воздействий внешней среды и от солнечной радиации. Следы гидротермальной активности отсутствуют. В формации Харди распространены столбчатые строматолиты.

Маскрат Дэм

2,750 млрд. лет. [Muskrat Dam Greenstone Belt, Sachigo, North Caribou, Ontario, Canada]

Зеленокаменный пояс Маскрат Дэм, Сачиго, Северный Карибу, Онтарио, Канада.

Зеленокаменный пояс Маскрат Дэм

Маскрат Дэм — это один из метавулканических поясов, сформировавшихся на разломах континентальной коры в группе пластов Северного Карибу. Вулканические и осадочные породы подверглись метаморфизму. Найдены псевдоколончатые строматолиты.

Оленегорское месторождение

2,75 млрд. лет. [Olenegorsk, Murmansk Oblast, Russia]

Оленегорское месторождение, Кольский полуостров, Россия

Расположение Оленегорского месторождения	Ландшафт в районе оленегорских находок	Оленегорское месторождение

Фрагмент железистого прослоя с большим количеством предположительно форм, размер которых порядка 1 мкм (в центре снимка видны микрофоссилии, «встроенные» в матрицу породы)	Оленегорское месторождение. Нитчатые бактериальные микрофоссилии в железистых прослоях	Оленегорское месторождение. Нитевидные формы в кремнистых прослоях

При исследовании железистых кварцитов в Оленегорском месторождении были обнаружены нитевидные, коккоидные, гантелевидные и др. формы бактериальной природы. Наиболее обильны и разнообразны формы, близкие к коккоидным — собственно кокки, овальные, гантелевидные и т. д. формы. Размеры большей части обнаруженных объектов около 1 мкм. Нитевидные формы встречаются реже и представлены в основном длинными тонкими одиночными нитями.

Большая часть биогенных структур найдена в железистых прослоях Оленегорского месторождения. Они практически полностью слагают целые фрагменты породы, погружаются в матрицу и в некоторых образцах наблюдается их нахождение внутри породы. В кремнистых прослоях подобных форм значительно меньше. Преимущественно это длинные тонкие нитевидные формы, сливающиеся с породой. Таким образом, можно сделать предварительный вывод о возможном биогенном происхождении архейских железистых кварцитов и об участии микроорганизмов в процессе их образования.

Формация Кайлена

2,742 млрд. лет. [Kylena Formation, Fortescue Group, Mount Bruce Supergroup, Pilbara, Australia]

Формация Кайлена, группа Фортескью, супергруппа Маунт Брюс, Пилбара, Австралия.

Гора Маунт Брюс представляет собой супергруппу, в которую входит формация Кайлена	Эрозионные остатки карбонатного горизонта (темная полоса, около 3 м толщиной), лежащего на нижнем базальтовом слое

	Формация Кайлена. Бактериальная слоистость и кремнистый сланец	Подушечные лавы

Располагается над формацией Харди. В формации Кайлена две базальтовые последовательности разделены горизонтом карбонатных осадочных пород, называемых свитой Мопоке (Mopoke Member). Строматолиты и силикатированные бактериальные слоистости в известняковых породах, лежат над туфовыми алевролитами и сланцами и отмечены знаками ряби в верхней части юнита.

Интерпретация окружающей среды во время осадконакопления формации Кайлена предполагает морское либо озерное происхождение. Все фации представляют мелководные условия. Слоистые зеленые алевролиты и сланцы образовывались в более глубоких водах.

Формация Кайлена. Симметричная поперечная рябь	Волокнистая минеральная корка неизвестного происхождения покрывшая обломки конгломератов

Формация Кайлена. a - Вид сверху равноразмерных куполообразных строматолитов; b - вид в разрезе куполообразных строматолитов

Строматолиты присутствуют в каждом выходе породы свиты Мопоке, но их разнообразие и степень сохранности меньше, чем у вышележащей формации Тумбиана. Однако здесь сохраняется множество отдельных особей повторно встречающейся строматолитовой морфологии, распространение которой связано с вариациями в литологии и накопительных условиях. Бактериально индуцированные структуры и коническое строение напоминают более младших строматолитов достоверно биогенного происхождения, таких как протерозойский Conophyton и подобные современные формы.

В строматолитовых микроструктурах свиты Мопоке доминируют шпаты, вертикальные кальцитовые корки, а не микритовые структуры, как это описано в других строматолитах группы Фортескью. Волновая рябь на поверхности отложений является обычной особенностью осадков в свите Мопоке, предполагая влияние приливов и отливов.

Формация Кайлена. c - вид в разрезе куполообразных строматолитов, образовавших ядро на базальтовом булыжнике (стрелка); d - вид в разрезе очень больших куполообразных строматолитов

Формация Кайлена. e - частично силикатированные конические строматолиты; f - бактериально индуцированные осадочные структуры в литофациях

Самые крупные куполообразные строматолиты достигают 5–100 см в ширину. Они почти равны друг другу по размерам и встречаются кластерами с почти одинаковым расстоянием между особями. Макрослои гладкие и слегка выпуклые при выходе на поверхность, и отражают наличие волокнистых минеральных корок, которые переслаиваются с бактериальными пластинами. Куполообразные и конические миллиметровые и сантиметровые строматолиты также обычны. Наиболее распространены куполообразные особи размерами 2–5 см. Размеры и форма некоторых конических особей схожи с Alcheringa narrina, описанной из формации Тумбиана. Их размеры около 1 см в высоту и ширину. Столбчатые строматолиты.

Область Леонора

2,730 млрд. лет. [Leonora area, Eastern Goldfields, Yilgarn Block, Australia]

Область Леонора, Восточный Голдфилдс, блок Илгарн, Австралия.

	Расположение области Леонора на Западе Австралии в кратоне Илгарн	Ландшафты области Леонора

Выходы пород в области Леонора

	Слоистые отложения пород	Кварцевые складки в породах области Леонора

Leonora area. Складки выветренного гранита

Золотоносный регион. Столбчатые строматолиты найдены в породах древнего кратона Илгарн.