Древнейшие следы жизни. Палеоархей – 3/3

Формация Панорама

 

3,458–3,426 млрд. лет. [Panorama Formation, Salgash Subgroup, Warrawoona Group, Pilbara Supergroup, Australia]

Формация Панорама, субгруппа Салгаш, группа Варравуна, супергруппа Пилбара.

 

Формация Панорама состоит в основном из кислых вулканических пород. Расположена у основания формации Strelley Pool. Содержит конические строматолитовые постройки, выросшие в мелких морских водах с гидротермальными условиями.

 

Выход вулканических пород формации Панорама. Вдали виднеются граниты Стрелли	Формация Панорама. Складчатая турбидитная последовательность

 

Формация Панорама. Риолитовая пемза - брекчия	Слоистые отложения формации Панорама

 

Формация Панорама. Конические слоистые строматолиты, область реки Shaw	Бактериальная пленка и микрофоссилии из формации Панорама

 

Морфологически разнообразные микрофоссилии из формации Панорама

 

Сферы микрофоссилий, часто колониальные, покрывают поверхность первичных вулканических обломков. Эти коккоиды интерпретируются как хемолитотрофы. Изотопный состав подтверждает биогенную природу микрофоссилий формации Панорама. Найдены небольшие сфероиды (до 15 мкм), простые линзы (20–80 мкм), линзы с кромкой (20–80 мкм), их колонии и более сложные объекты, такие как цепочки и подобные гирям структуры. Свыше 400 разновидностей опознано только в 8 тонких срезах из образцов черных кремнистых сланцев, всего около 1000 экземпляров.

 

Сланцы Киттиз Гэп

 

3,446 млрд. лет. [Kitty’s Gap Chert, Warrawoona Group, Pilbara, Australia]

Сланцы Киттиз Гэп (являются частью формации Панорама), группа Варравуна, Пилбара, Австралия.

 

Общий вид на сланцевые холмы формации Kitty’s Gap

 

Формация Kitty’s Gap. a - обнажение слоистых осадков; b - петрография вулканических обломков

 

Вулканообломочные осадки в приливной зоне, вероятно иногда выставлявшиеся на воздух. Приливные отложения покрываются последовательностью тонкого пепла, отложенного в спокойных водах. Гидротермальные жилы поставляли обогащенные кремнеземом жидкости. В перерывах накопления осадков на их поверхности развивались бактериальные маты. Это были идеальные условия для хемолитотрофных микроорганизмов, которые получали энергию и углерод из неорганических источников. Небольшие колонии коккоидных микроорганизмов поселялись на поверхности вулканических обломков.

 

Микроорганизмы из Киттиз Гэп, сохранившиеся благодаря быстрой силификации

 

Киттиз Гэп. Приливные плоские вулканические осадки с колониями микрофоссилий на поверхности вулканических обломков и биопленкой на стабильной поверхности осадков. c - бактериальные волокна; d и e - колония из двух видов коккоидов. Увеличение показывает деление клеток; f - Раннеархейская бактериальная экосистема. Волокна на поверхности вулканокластического материала. Возможно бескислородные фотосинтезаторы

 

Колонии состояли из коккоидных структур двух размерных классов — 0,4–0,5 мкм и 0,75–0,8 мкм, образовывавших плотный ковер колоний размером от десятков до сотни микрометров, состоящих из сотен индивидуумов и колоний из экземпляров более свободно расположенных, образующих цепочки из 3–10 коккоидов, палочкообразных структур 0,4 мкм диаметром, 8,0 мкм длиной и волокон 0,3–0,45 мкм диаметром и длиной в десятки микрометров. Эти бактериальные колонии, объединенные биопленкой,  покрывали поверхность вулканических частиц. Значения изотопов углерода от −26‰ до −30‰, что соответствует бактериальному фракционированию. Биопленка содержит возможные анаэробные фотосинтезирующие организмы, тогда как колонии, покрывающие вулканические обломки, вероятно, представляют хемолитотрофные организмы.

 

Микроорганизмы из Киттиз Гэп демонстрируют различную степень сохранности перед фоссилизацией. Обнаружены и делящиеся клетки, и погибшие, а также смятые клеточные оболочки.

 

Распространение различных типов бактериальных колоний в сланцах Киттиз Гэп было тесно связано с различными слоями осадков. На стабильной поверхности осадка развивалась очень деликатная, многовидовая биопленка, состоящая из коккоидов, палочек и волокон. Изотопный состав этих слоев указывает на их биогенное происхождение.

 

Сланцы Стрелли Пул

 

3,44–3,42 млрд. лет. [Strelley Pool Chert, Kelly Group, Warrawoona Group, Pilbara Supergroup, Australia]

 Сланцы Стрелли Пул, группа Келли, группа Варравуна, супергруппа Пилбара, Северо-Западная Австралия.

 

	Формация Стрелли Пул содержит древнейшие известные береговые песчаники, в которых обитали столь же древние бактерии	Окаменелости были найдены в пес­чаниках, расположенных в основании этих выступающих гребней

 

Общий вид на формацию Стрелли Пул

 

Знаки ряби, связанные со строматолитами Стрелли Пул, предполагают мелководную морскую среду	Конические строматолиты, вид сверху, в поперечном разрезе

 

Формация Стрелли Пул состоит из карбонатных, силикатированных карбонатных и обломочных пород. Сланцы и карбонаты имеют хорошо развитую осадочную структуру, которая была описана как волнистые многослойные кремнистые сланцы и конические строматолиты. Строматолитовые рифоподобные постройки формировались в бескислородных мелких водах. Главный строматолитовый юнит занимает интервал толщиной 8 м в середине формации.

 

Архейские строматолиты в регионе Пилбара (Северо-Западная Австралия), формация Стрелли Пул, редко образуют шарообразные, купольные или грибообразные формы. Для них более обычны пластинчатые корки, волнистые или конические. Часто они имеют следы трещин усыхания или знаки ряби и почти все обнажения интерпретируются как сформировавшиеся в приливной зоне. Большая их часть превосходно сохранена.

 

Стрелли Пул. Строматолитовые карбонаты, стрелка указывает на конические структуры	Большие столбчатые конические строматолиты	Крупный ветвящийся конический стро­мато­лит

 

Ко­ни­че­ские стро­мато­литы, по­пе­речное се­че­ние	Строматолиты из локации Трендалл, формация Стрелли Пул, представляют собой одни из древнейших свидетельств жизни на земле

 

Многослойные конические строматолиты, соединенные по краям, выходят на поверхность в местности Трендалл, демонстрируя превосходную сохранность	Конический строматолит с ветвившимися ответвлениями	Участок ветвящегося строматолита, район добычи ископаемых Норт Поул, местность Trendall

 

Поперечное сечение многослойного доломита с различными формами строматолитов	Крупный конический строматолит, с небольшой колонкой, развитой на его краю	Строматолиты из местности Trendall

 

Соединенные боковыми частями конические строматолиты

 

Формация Стрелли Пул. Конические строматолиты	Крупные строматолитовые конусы

 

Строматолитовые фации кремнистых сланцев Стрелли Пул, семь выделенных морфотипов. Показаны трехмерные реконструкции и фотографии выходов на поверхность образцов.
a-c - инкрустированные/куполообразные слои: а - затвердевшие куполообразные слои, трехмерная реконструкция, b - обнажение демонстрирует поперечный срез породы; d-f - небольшие гребнистые/конические слои; g–i - углубления с остроконечными вершинками; j–l - большие сложные конусы (пунктирные линии в k прослеживают форму пластинки и показывают контуры внутриобломочного конгломерата); m–o - слои, напоминающие яичную скорлупу; p, q - волнистые слои; r–t - обогащенные железом слои (t - распиленная пластина)

 

Формация Стрелли Пул. Конические строматолиты различных размеров, справа - удлиненные продольно

 

Формация Стрелли Пул, Западная Австралия. Строматолит	Строматолит из докембрия Австралии. Это одно из древнейших ископаемых на Земле. Палеоархей, восточная часть Стрелли Пул	Силикатированный строматолит из докембрия Австралии (полированная пластинка шириной 10,5 см)
Предполагаемые строматолиты с микроструктурами, напоминающими бактерии из обширных строматолитовых формаций кремнистых сланцев Strelley Pool горячо обсуждались с самого их открытия. Современное экстенсивное исследование семи морфотипов строматолитов Олвудом (Allwood) предоставляет серьезную поддержку сторонникам биогенетического происхождения этих кремнистых сланцев, так как одновременное присутствие множества признаков, свойственных живым формам невозможно объяснить известными абиогенными процессами. Однако остается неизвестным, чем являются окаменелые микроорганизмы - археями, цианобактериями, другим типом фотосинтезирующих бактерий, хемосинтезирующими бактериями или их некоторой комбинацией.

 

Разнообразие строматолитов указывает, что Стрелли Пул содержит не только одни из самых ранних окаменелостей, но также включает и разнообразные ископаемые экосистемы, поддерживаемые мелкими морскими водами, не содержащими терригенных составляющих. Всего определено семь различных морфотипов строматолитовых построек, соответствующих различному палеоокружению. В частности структуры, названные Большие Сложные Конусы имеют геометрические, структурные и химические признаки, которые обеспечивают прочное свидетельство биогенеза, и не имеют никаких естественных или даже экспериментальных небиологических аналогов. Другие шесть фаций строматолитов также демонстрируют признаки, которые указывают на вероятный биогенез.

 

Это самые древние строматолиты. Сформированы бактериальными матами фотосинтезирующих бескислородных организмов и других типов бактерий (похожих на пурпурные серные бактерии) в условиях высокой гидротермальной активности. Происхождение этих структур нельзя объяснить абиогенными факторами.

 

Шпиделеобразные микрофоссилии из Стрелли Пул	Колониальные прокариотические коккоидные одноклеточные в оболочке (хлорококковые одноклеточные)

 

Стрелли Пул. Полые, трубчатые и оболочкообразные микрофоссилии. a - трубки (стрелка), простирающиеся далеко от детритового кварцевого зерна (штриховая часть); b - три частично разложившиеся параллельные трубки (1-3); c - трубка с расколотой стенкой (стрелка) и кластеры сфероидальных микроокаменелостей; d - поперечное сечение через две трубки (обозначены квадратами), сопровождаемые пиритом (P) показывающие ясные отличия от сфероидальных клеток или потенциально небиологических артефактов; e - плотное скопление трубок с двумя образцами (стрелки) в приблизительном продольном разрезе; f - Биопленка, покрывающая детритовое кварцевое зерно с длинной трубчатой микроокаменелостью (прямоугольник) и пиритом (P стрелка)

 

Сферические и эллипсоидные микрофоссилии из Стрелли Пул:
a, b, e - грозди клеток, некоторые из которых показывают разорванные клеточные оболочки (стрелки в a,b), складки или внедрение (стрелка в e). c, d, h - цепочки делящихся клеток (стрелки). f, i–j - клетки, прикрепленные к детритовым кварцевым зернам, показывающие разорванные клеточные стенки и предполагаемое истечение содержимого клетки (стрелка в f), предпочтительное выравнивание клеток параллельно поверхности кварцевого зерна (стрелка в i) и сужение или сворачивание между двумя камерами (стрелка в j). ). g - Большая клеточная камера со смятыми стенками (стрелка)

 

Формация Стрелли Пул. Размер, форма и химический состав микрофоссилий предполагает, что  они были остатками бактериальной колонии. Эти сферические и эллиптические микрофоссилии представляют собой группы клеток. Ископаемые клетки были найдены в кластерах, прикрепленных к песчинкам. Средняя клетка имеет разорванную оболочку. Сохранившиеся клеточные стенки одинаковы по толщине, что не характерно для неорганических образований. Также они бедны углеродом-13, который присутствует в атмосфере, но редко входит в состав живых организмов, предпочитающих изотоп углерод-12.

 

Микрофоссилии из Стрелли Пул, сохранившиеся в береговых породах
(A) - цепочка шаровидных клеток, сохраненных общей оболочкой; (В) - цепечкоподобный кластер шаровидных клеток, сохранившихся в тонкой пластинке кремнистого сланца, обернутой вокруг кварцевого зерна; (C) - изолированные эллиптические клетки, сохранившиеся в заполненном кремнистым сланцем промежутке между кварцевыми зернами; (D) - подобная оболочке трубка среди кварцевых зерен

 

	Микроскопические окаменелости - клетки и клеточные оболочки. Также вокруг ока­ме­не­лых кле­точных стенок учеными был обнаружен сульфид железа. Такое встречается и у современных бактерий, которые живут за счет переработки богатых серой веществ (способ получения энергии не требующий кислорода)	Части двух кро­шечных окаме­не­ло­стей вместе с много­чис­лен­ными кри­стал­лами пи­рита. Сфе­рои­даль­ные и эл­лип­сои­даль­ные формы, окаме­невшие в по­роде яв­ля­ются ос­тат­ками бакте­ри­альных клеток, вместе с за­щит­ными труб­ками, в ко­то­рых ко­гда-то они раз­меща­лись

 

Обнаружены также крупные и морфологически разнообразные структуры, опознанные как микроокаменелости сферических и эллиптических клеток и трубчатых нитчатых оболочек (размерами 20–100 мкм), пленочные структуры. Часто наблюдаются колонии сферических и ленточных структур. Ассоциированные кристаллы пирита интерпретируются как побочные продукты метаболизма этих серобактерий. Найденные микроструктуры демонстрируют многочисленные индикаторы биологического происхождения, включая наличие легкого изотопа углерода, клеточные полости, углистые клеточные оболочки, обогащенные азотом, тафономическое разложение, организацию в цепи и кластеры. Фоссилии имеют почти одинаковые размеры и форму и прикреплены к песчинкам. Отличаются от находок в Ганфлинт толстыми клеточными стенками. Некоторые колонии похожи на хлорококковых цианобактерий.

 

Окружающая среда Стрелли Пул представляла собой древнюю береговую линию. В приливной и околоприливной зоне создавались мелководные рифоподобные структуры. Приливы достигали большой амплитуды, вода в океане имела высокую температуру (около 40–50°C), вулканическая активность была постоянной.

 

Формация Уиткоп

 

3,406 млрд. лет. [Witkop Formation, Nondweni Greenstone Belt, Kaapvaal Craton, South Africa]

Формация Уиткоп, группа Нондвени, Южная Африка.

 

Общий вид и геологическая карта зеленокаменного пояса Нондвени, показывающая распространение отложений формаций Mogongolozi, Toggekry и Witkop

 

Формация Уиткоп. Окремненный строматолит	Волнистые слои в черно-белом сланце

 

Формация Уиткоп. (c) - слои углеродных сланцев. В кварце обильно рассеяны агрегаты, содержащие углерод; (d) - углеродные жилы в сланце

 

Уиткоп — это самая верхняя формация группы Нондвени у южного края кратона Каапвааль. Ниже расположены формации Mogongolozi и Toggekry. Хорошо развитая последовательность обломочных осадочных пород, которые в основном развились из кислых вулканических базальтов и включают строматолитовые структуры и окремненные эвапориты или гидротермальные осадки, полосчатые черные и черно-белые сланцы в значительной степени развитые из накоплений вулканических туфов. В основании формации Уиткоп имеется множество недеформированных, полосчатых, грубозернистых графитовых тел кварцита, полностью лишенных осадочных структур, которые являются гидротермальными отложениями активных фумарол.

 

Особенности зеленокаменного пояса Нондвени предполагают мелководную или субаэральную окружающую среду и вместе с характеристиками магматических пород указывают на зону субдукции подводной материковой окраины. Куполообразные строматолиты формировались в мелководном морском окружении.

 

Формация Джозефсдал

 

3,334 млрд. лет. [Josefsdal Chert Formation, Onwerwacht Group, Barberton Greenstone Belt, South Africa]

Формация Джозефсдал, группа Онвервахт, зеленокаменный пояс Барбертон, Южная Африка.

 

	Расположение формации Josefsdal Chert в Южной Африке	Слой породы (тектит), насыщенный сферулами, образовавшимися при метеоритном импакте - сви­де­тельство значительной метеоритной активности в раннем архее

 

Стратиграфическое строение формации Джозефсдал:
D - диагональная кочковатая слоистость, отложенная штормами у береговой линии (в верхней час­­ти берегового склона), демонстрирует вертикальные дайки (vcd) и тонкие интрузии крем­нис­того сланца; C - железистые, плохо сортированные, ритмично многослойные отложения, образовавшиеся на береговом склоне, который подвергался периодическому приливно-отливному влиянию; D - гидротермальный черно-белый полосчатый кремнистый сланец; E - плоско-многослойные вулканические породы и пепел. Следы жизни находятся во всей фации, они вообще редки, но плотность их выше в участках палеогидротермальной активности

 

Зеленокаменный пояс Барбертон, формация Джозефсдал. Обнажение черных и зеленовато-белых слоистых сланцев (слева). Здесь процветали примитивные формы жизни (справа)

 

Раннеархейские кремнистые сланцы Джозефсдал включают тонкий пакет (6–30 м) окремненных, главным образом песчаных, илистых вулканогенных отложений, прослоенных между толстыми базальтовыми вулканическими последовательностями. Точное стратиграфическое расположение сланцев Josefsdal еще обсуждается, поскольку они расположены в граничном вулканообломочном разломе. Предположительно они находятся на стыке формаций Hooggenoeg и Kromberg. Формация представляет собой мелководные береговые осадочные породы, отлагавшиеся в приливной зоне и в активной гидротермальной среде, где образовывались тонкие осадочные слои.

 

Типы углистого материала, найденного в Джозефсдал. A: Темные волнистые, фототрофические пластинки (указаны стрелками) вместе с темными хемотрофными сгустками (обозначены как C - хемотрофные сгустки); B, C: Детали фототрофических биопленок, показывающие захваченные детритовые зерна (стрелки); D: Многослойный, детритовый тип углистой материи, немного волнистый (черная стрелка), со сгустком осадка (белая стрелка); E: другой тип сгустков, непра­вильная форма которых предполагает  рост in situ (на месте) вместе с осадочной углистой материей (белые стрелки); F: Детритовый фрагмент хорошо сохранившейся фототрофической биопленки; G: Фототрофические пластинки, в целом плохо сохранившиеся в крупных песках

 

Формация Джозефсдал включает углистые слои, представляющие бактериальные маты и детритовые углистые остатки. Также содержит исключительно хорошо сохраненные бактериальные пленки на осадочной поверхности. Мат толщиной 1–5 мкм состоит из многих слоев параллельных, переплетенных между собой волокон диаметром 0,25 мкм и длиной в несколько десятков микрометров. По краям этот мат продолжался в виде биопленки толщиной в 1 мкм, включающей такие же волокна с той же ориентацией.

 

Формация Джозефсдал. Электронная микрография бактериального мата из волокнистого материала, вид сверху. Большие черные стрелки указывают главное направление течения. Белая стрелка указывает часть поверхности мата, изогнутой под влиянием потока

 

Формация Джозефсдал. Волокнистые остатки микроорганизмов в древних бактериальных матах - свидетельство, что того, что фотосинтез существовал 3.3 миллиарда лет назад.
(a) Параллельные и опрокинутые нити (белая стрелка), указание направления потока (большая черная стрелка). Заметьте блок минерала (M), внедренный в  поверхность мата. (b) Трещины усыхания (стрелка) обычны в биопленке. (c) эвапоритовый слой (em) ниже гладкой поверхности мата (srm), которая обтекает эвапоритовый обломок (стрелка). (d) Эвапоритовые минералы включают овальный и тонкопластинчатый псевдогипс и игольчатый псевдоарагонит. Жилка волокнистой пленки частично покрывает некоторые игольчатые кристаллы (стрелка). (e) Небольшое объединение редких палочковидных, виброидных структур, внедренных в гладкую пленку. Некоторые особи соединены друг с другом вершинами (черная стрелка). (f) Редкая, изолированная часть набухшей нити (стрелка). Нити обычно глубоко внедряются в полимерную пленку

 

Нитчатый и волокнистый материал, представляющий остатки бактериального мата. Сланцы Josefdal
 (a) Главная матовая поверхность отслоена от этой плоскости, чтобы показать начальное тесное прорастание нитей (черная стрелка) и зернистые осадки (включая галид, белая стрелка) с основными частицами осадка. (b) Порция волокнистой матовой поверхности, 'текущей' вокруг зазваченной в ловушку детритовой частицы. (c и d) Нити в слегка обработанной кислотой (15 минут), полированной поверхности тонкого среза. Нити пересекают границу между двумя кварцевыми кристаллами (стрелка в С) и ясно внедрены в кварц (малая стрелка в D), показывая что они предшествуют созданию кварцевой матрицы. Нити были изогнуты вокруг частицы (представленный пустой матрицей; большая стрелка), демонстрируя гибкость (d)

 

Гипотетический ранне-среднеархейский прибрежный ландшафт в области Josefsdal. (a) Вулкан, извергающий пепловый материал на прибрежную равнину и в лагуну; реки, транспортирующие разрушенные осадки в лагуну, окруженную полосой береговых отложений; изменчивые слои лавовых потоков, разделенных тонкими слоями отложений, лежащих под лагуной и прибрежной равниной; гидротермальные дайки или жилы пробивают лаву и слои осадка, чтобы достигнуть поверхности. (b) Вид береговой области, показывающий распространенность гидро­термальных источников и отложения эвапоритов на берегу. (c и d), электронная микрография поверхности отложений на берегу, показывающая различные аспекты бактериальной биопленки сформированной около источника. В (c) волокнистая  поверхность мата опрокинута (малая стрелка) и перекрыта другой жилой волокнистой  поверхности мата (большая стрелка). В (d) направление течения дается главной стрелкой, а опрокинутые порции пленки отмечены малыми стрелками. Большой галоидный карман втиснут под поверхность мата

 

Формация Джозефсдал. (a) Область гладкой и вязкой поверхности мата, которая пострадала от механического разрывания (стрелки). Нить, глубоко внедренная в пленку (стрелка). Заметьте псевдоморфы кальцита, внедренные в поверхность мата справа. (c) Отдельное волокно (стрелка). (e) Часть поверхности мата, показывающая пластическую деформацию нитей и полимера пленки поперек трещин усыхания перед окремнением

 

Формация Джозефсдал. Сечение различных частей бактериального мата. (a и b), показывают поперечное сечение мата, не покрытого минералами эвапорита. (a) Электронное изображение гладкой поверхности мата, пока­зывающее локализацию разреза. Хотя связки нитей и отдельных волокон (толстые черные стрелки) хорошо сохранены на поверхности мата тонким слоем кварца, отдельные нити, кажется, не сохранились в пределах тела матовой поверхности. Вместо этого кероген (K, темная ткань) стал аморфным. Обратите внимание на тонкие  слои  кристаллических блоков в пределах тела матовой поверхности (белая стрелка). (c и d) Поперечное сечение через эвапоритные минералы и низлежащую поверхность мата. (c) электронное изображение, показывающее локализацию сечения (белая линия). (d) В этом изображении инкрустированная эвапоритом поверхность мата демонстрирует экстемальную сложность ее вертикальной структуры. Темные аморфные массы керогена указаны белыми стрелками. Заметьте кристалл кварца (q), плавающий в пределах минерализованной матрицы керогена

 

Разрывы в его поверхности предполагают, что мат эпизодически подвергался воздействию воздуха и высыхал. Это самый древний документированный образец жизни в субаэральных условиях. Поверхность мата, сформированная бескислородными фотосинтетическими микроорганизмами, была непосредственно подвергнута воздействию атмосферы и облучению ультрафиолетом, о чем свидетельствуют внедренные эвапоритные слои минералов и трещины усыхания на его поверхности. Нити, протянувшиеся поперек трещин, демонстрируют пластическую деформацию поверхности мата, и указывают, что он был высушен еще в полупластическом состоянии перед окремнением. Поглощение ультрафиолета слоем воды отсутствовало. Существование такой открытой матовой поверхности имеет значение для понимания условий выживания микроорганизмов на поверхности ранней Земли, а также для понимания состава ранней атмосферы и ее влияния на поток ультрафиолета, направленный на земную поверхность.

 

Прилегают к мату небольшие колонии палочкообразных или виброидных микрофоссилий длиной 2–4 мкм и диаметром 1 мкм, в которых наблюдаются свидетельства деления клеток. В таких небольших группах особи имеют сходную морфологию. Размеры и форма отдельных волокон и палочкообразных структур идентичны современным прокариотам.

 

Здесь сосуществовало разнообразное сообщество фототрофных (очевидно, бескислородных), хемо-органотрофных и хемолитотрофных микроорганизмов. Фототрофы встречаются на песчаных осадочных поверхностях и довольно обычны здесь, в то время как хемотрофы встречаются спорадически в мелкозернистом осадке и хорошо развиты только в окрестностях палеогидротермальных источников. Изотопный состав указывает на биогенность углерода (значения от –23‰ до –27‰). Бактериальный мат содержит углекислый кальций, который мог образоваться здесь только посредством фотосинтеза. В керогене обнаружены ароматические фрагменты, которые могут быть только биогенного характера.

 

Повсеместное свидетельство гидротермального влияния предполагает, что жизнь в раннем и среднем архее, была в значительной степени термофильной и что хемотрофы, питаемые гидротермальной активностью, были столь же обычны как фототрофы.

 

Формация Сварткоппи

 

3,260 млрд. лет. [Swartkoppie Formation, Onverwacht Group, Swaziland Supergroup, Barberton Greenstone Belt, Transvaal Province, South Africa]

Формация Сварткоппи, группа Онвервахт, супергруппа Свазиленд, зеленокаменный пояс Барбертон, провинция Трансвааль, Южная Африка.

 

Спутниковая карта окрестностей Сварткоппи

 

Осадочные породы накапливались и в мелких, и в глубоких водах формации Сварткоппи. Отложения сланцев в южной части формации имеют большую мощность и признаки образования в мелких водах (округлые обломки, следы течения), а в северной части они представлены черными сланцами небольшой мощности, образовавшимися в глубоководных условиях. Сланцевые слои с ископаемыми микрофоссилиями приурочены к морскому мелководью прибрежных участков (содержат конгломераты с плоской галькой, оолитами). Сланцы не имеют следов рекристаллизации.

 

Одиночные и парные прокариотические коккоидные одноклеточные (бактерии или цианобактерии). Стадии деления клетки (b-e), запечатленные в породах Сварткоппи. Стрелки указывают на темное органическое содержание в верхней половине делящейся клетки

 

Распространение микроокаменелостей в углистых слоях формации Сварткоппи. Стрелки указывают на отдельных особей

 

Органические микроструктуры из кремнистых сланцев Сварткоппи. Микрография тонкого среза деминерализованных образцов

 

Детритовые минеральные зерна вообще отсутствуют, но органические фрагменты миллиметрового размера, подобные участкам мата, встречаются часто, свидетельствуя о переотложении органических элементов. Найдены одиночные, парные и делящиеся прокариотические коккоидные одноклеточные организмы, похожие на бактерии или цианобактерии. Обильные микроструктуры, сохранившиеся в кремнистых сланцах Сварткоппи без колебания можно назвать водорослевыми микроокаменелостями. Эти микросфероиды имеют гладкие органические стенки, иногда отмечается включение внутренних органических веществ. Диаметр от 1 до 4 мкм, в среднем 2,5 мкм. Эти микроструктуры вполне схожи с множеством видов современных прокариотных водорослей. И наоборот, они не очень похожи на прежде описанные архейские сфероиды. Эти микросфероиды не распространены случайным образом по всему образцу, а концентрируются вдоль богатых органикой плоскостей напластования, что еще больше подтверждает их биогенность. Микрофоссилии по-разному удлинены, уплощены, свернуты, морщинятся способом, поразительно напоминающим морфологию более поздних, протерозойских микроокаменелостей. Такая морфология объясняется посмертными процессами деградации и разложения бактерий и уплотнением осадка.

 

Можно наблюдать многочисленные одиночные одноклеточные организмы, удлиненные особи, начавшие сжиматься в экваториальной плоскости, имеющие форму песочных часов индивидуумы, у которых разделение является почти полным и недавно сформированные пары дочерних клеток, прилегающие стенки которых еще остаются сдавленными. 25 процентов всех клеток, наблюдаемых в популяции, были сохранены как пары или находились в процессе деления. Образцы деления обычны для современных цианофитов.

 

Группа Фиг Три (Фиговое дерево)

 

3,258–3,225 млрд. лет. [Fig Tree Group, Swaziland Supergroup, Barberton Greenstone Belt, South Africa]

Группа Фиг Три, часть супергруппы Свазиленд, Барбертон, Южная Африка.

 

Выход пород формации Шеба (Sheba creek) из группы Фиг Три

 

Группа Фиг Три. Осадочная порода из грейваке, аспидных и обычных сланцев	Сланцы, яшма и железняк

 

Группа Фиг Три состоит из формаций Ulundi, Sheba, Belvue Road и Schoongezicht (3,226) в северной части и формации Мапепе (3,243–3,225) в Южной части. Состоит, главным образом, из грейваке-аргиллита, туфа и сланцев. Выше ее расположена группа Мудиз.

 

Группа Фиг Три. Полосчатые сланцы, справа - слоистая железистая порода

 

Гранулы с зернами углерода. Формация нижняя Мапепе	Биогенные структуры из формации Фиг Три

 

	Низкорельефные, слоеобразные и  куполообразные строматолитовые маты из формации Шеба, возраст 3,245 млрд. лет. Соединенные краями купола, ширина 1-3 см, высота 0,5-3 см. Общий рельеф на пластине не более 1,5 мм	Строматолит, горы Mkhonjwa, северо-восток пояса Барбертон	Строматолиты из Фиг Три

 

Основные находки группы Фиг Три сконцентрированы в формации Шеба (Sheba), 3,245 млрд. лет назад, которая также содержит золото. Это главным образом осадочная формация (песчаники и сланцы), отлагавшаяся в бассейновых, дельтовых мелководных условиях, содержит вулканокластические, терригенные и ортохимические элементы. Сланцевые породы богаты углеродом органического происхождения. Существование углеподобных осадков, изредка присутствие газа и нефтеподобных продуктов предполагает, что бактериальное сообщество было широко распространено. Отложение осадков в мелководной морской среде позволило хорошо сохраниться слоям и их микроструктуре.

 

Древние прокариотные микроорганизмы

 

Биогенные структуры, обнаруженные в породах Фиг Три, Свазиленд	Ископаемая бактерия Eobacterium isolatum из Фиг Три	Одиночное прокариотическое кок­коидное одноклеточное, хло­ро­кок­ковая цианобактерия Archaeosphaeroides barbertonensis, найденная в формации Шеба

 

Строматолиты со сложной морфологией псевдоколончатой формы с нитчатыми или коккоидными строителями матов — бактериями или хлорококковыми цианобактериями. Описаны палочкообразная бактерия Eobacterium isolatum и сфероид, очевидно сине-зеленая водоросль, Archaeosphaeroides barbertonensis, диаметром 16–23 мкм. Строматолиты, как правило, низкорельефные, слоистые, купола соединенные краями, псевдоколончатые встречаются реже. Росли строматолиты на подложке из коматиитовых лав и осадков, нанесенных на поверхность лавы, а в большинстве мест покрыты более поздними коматиитовыми потоками. Обилие мелкозернистого турмалина, включенного в слои строматолитов предполагает, что строматолиты образовывались в среде с обогащенными бором горячими источниками и эвапоритовыми рассолами.

 

Формация Кэнгару Кейвс (Пещеры кенгуру)

 

3,243–3,235 млрд. лет. [Kangaroo Caves Formation, Sulphur Springs Group, Pilbara, Australia]

Формация Кэнгару Кейвс (Пещеры кенгуру), группа Салфер Спрингс, Пилбара, Западная Австралия.

 

Формация Кэнгару Кейвс (Пещеры кенгуру)

 

	Формация Кэнгару Кейвс. Риолитовые призмы	Выходы железосодержащих жил

 

Упрощенная модель гидротермальной системы в Kangaroo Caves

 

Вулканогенный массив сульфидных отложений в кратоне Пилбара, где бактериальная жизнь была приурочена к системе подводных гидротермальных источников. Эта самая верхняя формация группы Салфер Спрингс состоит из последовательности андезитовых вулканических пород, дацитовых и риолитовых интрузий и эффузивов, массивных сланцев.

 

Волокна древних термофильных хемотрофов из Салфер Спрингс. a - обогащенные кварцем ядра, содержащие нити, окруженные замещенным пиритом (золотом). b - Тонкий полосчатый слой, содержащий нити в пределах раннего кремнистого сланца; c - деталь, показывающая частичную замену обогащенных кварцем структур, демонстрирующих мелкомасштабную слоистость

 

	Kangaroo Caves. Перемежающиеся черные слои чрезвычайно мелкозернистой органики с кремнистым материалом	Скрученные волокна микрофоссилий

 

Kangaroo Caves. A - волокнистая структура слоистого органического материала (отмечено стрелками). Этот материал состоит из сдавленных нитей и связок трубчатых структур, шириной 1-5 мкм и длиной до 100 мкм. B - увеличение

 

Kangaroo Caves. Многочисленные полоски темного органического вещества представляют собой силикатированные бактериальные трубки. C - поверхность связок трубчатых бактериальных остатков. D - поперечный срез трубчатой связки	Стрелки указывают на сохраненные трубки, в то время как справа микрофотографии трубчатый контур разрушен. Диаметр нитей 1 мкм, длина - около 100 мкм

 

Микрофотографии нитей из Sulphur Springs. a-f - Нити прямой, извилистой и искривленной морфологии, некоторые плотно сплетены. g - нити, параллельные концентрическим слоям. h - нити, ориентированные почти перпендикулярно слоям

 

Kangaroo Caves. A - внешний вид хорошо различимых плотных сфер; B и C - поперечный срез сфер, показывающий их полую природу; D - грозди и цепочки крупных полых углеродистых сфер, возможно, демонстрируют почкование, процесс, напоминающий о делении клетки (стрелка)

 

Kangaroo Caves. В - органика на минеральной поверхности; Е - увеличение. Биогенное происхождение этих образований под вопросом

 

Странные нити обнаружены в массивных отложениях сульфида в вулканических породах. Эти нити были микроокаменелостями организмов, в особенности древних термофильных хемотрофов. Пиритизированные тонкие углеродные бактериальные неветвящиеся волокна с постоянным диаметром 2 мкм, длиной 300 мкм. Они могут быть прямыми, изогнутыми или слегка волнистыми. Эти нити спутаны между собой таким же образом, как это наблюдается у современных термофильных микроорганизмов. Изменения в ориентации нитей в различных участках формации могут быть свидетельством биологической вариации между организмами в разных микросредах; такой феномен обычен сегодня у современных термофилов из горячих источников. Волокна имеют биогенную морфологию микрофоссилий, а также биогенное соотношение изотопов углерода (от –26,8‰ до –34‰) и напоминают остатки гидротермальной биоты.

 

Найдены также трубчатые органические структуры и сферы. Связки волокон и трубчатых структур близко напоминают по морфологии бактериальные формы, найденные в ордовикских железо-кварцевых отложениях в Северной Австралии.

 

Образовались на морском дне у гидротермальной системы типа «черных курильщиков» на глубине около 1000 м и очевидно были мезотермофильными, хемотрофными прокариотами. Температура термального источника могла достигать 100°–250°C.