Kako su mikroorganizmi formirali zemljinu koru

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Planine izgledaju posebno impresivno na pozadini beskrajne mongolske stepe. Stojeći u podnožju, neko je u iskušenju da razmisli o kolosalnoj snazi utrobe zemlje koja je nagomilala ove grebene. Ali već na putu do vrha upada u oči tanka šara koja prekriva kamenite izbočine. Ova kišnica je malo korodirala porozne kosture drevnih arheocijatnih sunđera koji su činili planinu, pravih graditelja planinskog lanca.

Mali divovi velike gradnje

Jednom, prije više od pola milijarde godina, uzdigli su se sa dna toplog mora kao svijetli greben vulkanskog ostrva. Umro je prekriven debelim slojem vrućeg pepela - neki arheocijati su čak izgorjeli, a šupljine su sačuvane u smrznutom tufu.

Međutim, mnogi kosturi, koji su se za života srasli i "ukočili" u stijenu vijugavim slojevima morskog cementa, ostali su na svojim uobičajenim mjestima i danas, kada mora odavno nema. Svaki takav skelet manji je od malog prsta. Koliko ih ima tamo?

Kosturi sićušnih radiolarija čine silikatne stijene planinskih lanaca.

Procijenivši zapreminu niske planine (oko kilometar u prečniku u podnožju i oko 300 m visine), možemo izračunati da je u njenoj izgradnji učestvovalo oko 30 milijardi sunđera. Ovo je jako podcijenjena brojka: mnogi kosturi su odavno utrljani u prah, drugi su se potpuno rastvorili, a da nisu imali vremena da budu prekriveni zaštitnim slojevima sedimenta. A ovo je samo jedna planina, a na zapadu Mongolije postoje čitavi lanci.

Koliko je vremena trebalo malim sunđerima da završe tako grandiozni "projekat"?

A evo još jedne litice u blizini, manjeg i ne bijelog, krečnjačkog, već crvenkastosive boje. Nastaje od tankih slojeva silicijumskog škriljevca, zarđalog zbog oksidacije željeznih inkluzija. Nekada su ove planine bile morsko dno, a ako se pravilno razdvoji po slojevima (udari jako, ali pažljivo), onda se na površini koja se otvara može vidjeti bezbroj iglica i križeva od 3-5 mm.

Riječ je o ostacima morskih spužvi, ali, za razliku od cijelog vapnenačkog skeleta arheocijata, njihova osnova je formirana od zasebnih silicijskih elemenata (spikula). Stoga su se, nakon što su umrli, srušili, posuli dno svojim "detaljima".

Kostur svake spužve sastojao se od najmanje hiljadu "iglica", oko 100 hiljada ih je razbacano po kvadratnom metru. Jednostavna aritmetika nam omogućava da procijenimo koliko je životinja bilo potrebno da formiraju sloj od 20 metara na površini od najmanje 200 x 200 m: 800 milijardi. A ovo je samo jedna od visina oko nas - i samo par grubih proračuna. Ali već iz njih je jasno da što su organizmi manji, to je veća njihova stvaralačka moć: glavni graditelji Zemlje su jednoćelijski.

Ažurne vapnenačke ploče jednoćelijskih planktonskih algi - kokoliti - spajaju se u velike kokosfere, a kada se raspadaju, pretvaraju se u naslage krede.

Na kopnu, u vodi i u zraku

Poznato je da u svakom 1 cm³Kreda za pisanje sadrži oko 10 milijardi finih vapnenačkih ljuskica planktonskih algi kokolitoforida. Mnogo kasnije od vremena mongolskih mora, u mezozoiku i sadašnjoj kenozoičkoj eri, podigli su litice od krede Engleske, Volga Zhiguli i druge masive, prekrili dno svih modernih okeana.

Obim njihovih građevinskih aktivnosti je neverovatan. Ali oni blijede u usporedbi s drugim transformacijama koje je njen život napravio na planeti.

Slani ukus mora i okeana je određen prisustvom hlora i natrijuma. Nijedan od ovih elemenata nije potreban morskim stvorenjima u velikim količinama, a akumuliraju se u vodenom rastvoru. Ali gotovo sve ostalo - sve što se odnosi rijekama i dolazi iz crijeva kroz vrela dna - apsorbira se u trenu. Jednostanične dijatomeje i radiolarije uzimaju silicij za svoje ukrašene školjke.

Gotovo svim organizmima su potrebni fosfor, kalcijum i, naravno, ugljik. Zanimljivo je da se stvaranje vapnenačkog skeleta (poput onog od koralja ili drevnih arheocijata) događa oslobađanjem ugljičnog dioksida, tako da je efekat staklene bašte nusprodukt izgradnje grebena.

Kokolitoforidi apsorbuju ne samo kalcijum iz vode, već i rastvoreni sumpor. Potreban je za sintezu organskih spojeva koji povećavaju plovnost algi i omogućavaju im da ostanu blizu osvijetljene površine.

Kada ove ćelije odumiru, organska materija se raspada, a hlapljiva jedinjenja sumpora isparavaju zajedno s vodom, služeći kao sjeme za formiranje oblaka. Litar morske vode može sadržavati do 200 miliona kokolitoforida, a svake godine ovi jednoćelijski organizmi isporučuju do 15,5 miliona tona sumpora u atmosferu - gotovo dvostruko više od kopnenih vulkana.

Sunce je sposobno dati Zemlji 100 miliona puta više energije od vlastite utroba planete (3400 W/m² u odnosu na 0,00009 W/m²). Zahvaljujući fotosintezi, život može koristiti ove resurse, dobijajući snagu koja prevazilazi mogućnosti geoloških procesa. Naravno, veliki dio sunčeve topline se jednostavno raspršuje. Ali svejedno, protok energije koju proizvode živi organizmi je 30 puta veći od geološkog. Život je kontrolisao planetu najmanje 4 milijarde godina.

Prirodno zlato ponekad formira bizarne kristale koji su vredniji od samog plemenitog metala.

Sile svjetlosti, sile tame

Bez živih organizama, mnoge sedimentne stijene uopće se ne bi formirale. Mineralog Robert Hazen, koji je uporedio raznovrsnost minerala na Mesecu (150 vrsta), Marsu (500) i našoj planeti (više od 5000), zaključio je da je pojava hiljada kopnenih minerala direktno ili indirektno povezana sa aktivnostima njegovog biosfera. Sedimentne stijene nakupljene na dnu vodenih tijela.

Potonuvši u dubinu, milionima i stotinama miliona godina, ostaci organizama formirali su moćne naslage, koje je ostalo da se istisnu na površinu u obliku planinskih lanaca. To je zbog pomicanja i sudara ogromnih tektonskih ploča. Ali sama tektonika ne bi bila moguća bez podjele stijena na neku vrstu "tamne" i "svjetle materije".

Prvi je predstavljen, na primjer, bazaltima, gdje prevladavaju minerali tamnih tonova - pirokseni, olivini, osnovni plagioklasi, a među elementima - magnezij i željezo. Potonji, poput granita, sastoje se od svijetlih minerala - kvarca, kalijevih feldspata, albitnih plagioklasa, bogatih željezom, aluminijumom i silicijumom.

Tamne stijene su gušće od svijetlih stijena (u prosjeku 2,9 g/cm³ u odnosu na 2,5-2,7 g/cm³) i formiraju okeanske ploče. Prilikom sudara sa manje gustim, "laganim" kontinentalnim pločama, one okeanske tonu ispod njih i tope se u utrobi planete.

Svijetle trake željeznih ruda odražavaju sezonsku izmjenu tamnih silicijskih i crvenih željeznih slojeva.

Najstariji minerali ukazuju da se prva pojavila "tamna materija". Međutim, ove guste stijene nisu mogle potonuti u sebe kako bi pokrenule ploče. Za to je bila potrebna "svetla strana" - minerali, kojih nema dovoljno u nepokretnoj kori Marsa i Meseca.

Nije bez razloga Robert Hazen smatra da su živi organizmi Zemlje, pretvarajući neke stijene u druge, na kraju doveli do akumulacije "lake materije" ploča. Naravno, ova stvorenja - većinom jednoćelijske aktinomicete i druge bakterije - nisu si postavila tako super zadatak. Njihov cilj je, kao i uvijek, bio pronaći hranu.

Crna metalurgija okeana

Zapravo, bazaltno staklo koje je izbio vulkan ima 17% gvožđa, a svaki njegov kubni metar je sposoban da nahrani 25 kvadriliona bakterija gvožđa. Postojeći najmanje 1,9 milijardi godina, oni vješto pretvaraju bazalt u "nanošet" ispunjen novim mineralima gline (posljednjih godina takav mehanizam je prepoznat kao biogena tvornica minerala gline). Kada se takva stijena pošalje u crijeva na topljenje, iz nje nastaju novi, "laki" minerali.

Vjerovatno proizvod bakterija i željeznih ruda. Više od polovine njih nastalo je između 2, 6 i 1,85 milijardi godina, a samo Kurska magnetna anomalija sadrži oko 55 milijardi tona gvožđa. Bez života, teško bi se mogli akumulirati: za oksidaciju i taloženje željeza otopljenog u oceanu potreban je slobodni kisik, čija je pojava u potrebnim količinama mogućna samo zahvaljujući fotosintezi.

Acidovorax bakterije stimuliraju stvaranje zelene rđe - željeznog hidroksida.

Život je u stanju da izvrši "obradu" gvožđa i u mraku, u dubinama lišenim kiseonika. Atome ovog metala, odnešene podvodnim izvorima, hvataju bakterije sposobne da oksidiraju gvožđe i formiraju feri željezo, koje se taloži na dno sa zelenom hrđom.

Prije nekoliko milijardi godina, kada je na planeti još bilo vrlo malo kisika, to se događalo posvuda, a danas se aktivnost ovih bakterija može vidjeti u nekim vodenim tijelima siromašnim kisikom.

Dragoceni mikrobi

Moguće je da se velike naslage zlata ne bi pojavile bez sudjelovanja anaerobnih bakterija kojima nije potreban kisik. Glavna nalazišta plemenitog metala (uključujući Witwatersrand u južnoj Africi, gdje su istražene rezerve oko 81 hiljadu tona) nastala su prije 3,8-2,5 milijardi godina.

Tradicionalno se vjerovalo da su lokalne rude zlata nastale prijenosom i ispiranjem zlatnih čestica rijekama. Međutim, proučavanje zlata iz Witwatersranda otkriva potpuno drugačiju sliku: metal su "iskopale" drevne bakterije.

Dieter Halbauer je još 1978. opisao čudne karbonske stubove uokvirene česticama čistog zlata. Dugo vremena njegovo otkriće nije izazivalo veliku pažnju sve dok mikroskopska i izotopska analiza uzoraka rude, modeliranje formiranja rude kolonijama modernih mikroba i drugi proračuni nisu potvrdili geologovu ispravnost.

Očigledno, prije oko 2,6 milijardi godina, kada su vulkani zasitili atmosferu vodonik sulfidom, sumpornom kiselinom i sumpordioksidom s vodenom parom, kisele kiše su isprale stijene koje su sadržavale rasuto zlato i odnijele otopine u plitku vodu. Međutim, sam plemeniti metal je tamo došao u obliku najopasnijih spojeva za bilo koja živa bića, poput cijanida.

Spriječavajući prijetnju, mikrobi su "dezinficirali" vodu, reducirajući toksične soli zlata u organometalne komplekse ili čak u čisti metal. Svjetlucave čestice su se taložile na kolonijama bakterija, formirajući odljevke višećelijskih lanaca, koji se sada mogu vidjeti skenirajućim elektronskim mikroskopom. Mikrobi nastavljaju da talože zlato čak i sada - ovaj proces se, na primjer, opaža u toplim izvorima na Novom Zelandu, iako u vrlo skromnim razmjerima.

I Witwatersrand i, vjerovatno, druge naslage iste starosti bile su rezultat vitalne aktivnosti bakterijskih zajednica u atmosferi bez kisika. Kurska magnetna anomalija i srodna ležišta željezne rude formirana su na početku epohe kisika. Međutim, više naslaga ovog razmjera nije se pojavilo i malo je vjerovatno da će se ikada ponovo oblikovati: sastav atmosfere, stijena i oceanskih voda od tada se mnogo puta promijenio.

Ali za to vrijeme promijenilo se i bezbroj generacija živih organizama, a svaki od njih uspio je sudjelovati u globalnoj evoluciji Zemlje. Šištari morskih sunđera i kopnenih preslica su nestali, čak su i krda mamuta prošlost, ostavljajući trag u geologiji. Došlo je vrijeme za druga bića i nove promjene u svim školjkama naše planete - vodi, zraku i kamenu.