Kako so mikroorganizmi oblikovali zemeljsko skorjo

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Gore izgledajo še posebej impresivno na ozadju neskončne mongolske stepe. Ko stojiš ob vznožju, človek zamika razmišljati o ogromni moči zemeljskih črev, ki so kopičila te grebene. A že na poti proti vrhu pade v oči tanek vzorec, ki prekriva skalnate police. Ta deževnica je rahlo razjedala porozno okostje starodavnih arheociatnih spuž, ki so sestavljale goro, pravih graditeljev gorovja.

Mali velikani velike gradnje

Nekoč, pred več kot pol milijarde let, so se dvignile z dna toplega morja kot svetel greben vulkanskega otoka. Umrl je, pokrit z debelo plastjo vročega pepela - nekateri arheociati so celo pogoreli, v zmrznjenem tufu pa so se ohranile votline.

Vendar pa številni okostnjaki, ki so se že za časa življenja zrasli in "zmrznili" v skalo z navitimi plastmi morskega cementa, ostajajo na svojih običajnih mestih še danes, ko morja že zdavnaj ni več. Vsak tak skelet je manjši od mezinca. Koliko jih je?

Okostja drobnih radiolarij tvorijo kremenčeve kamnine gorskih verig.

Po oceni volumna nizke gore (približno kilometer v premeru v vznožju in približno 300 m v višino) lahko izračunamo, da je pri njeni gradnji sodelovalo približno 30 milijard spuž. To je močno podcenjena številka: številna okostja so že dolgo zdrobljena v prah, drugi so se popolnoma raztopili, ne da bi imeli čas, da bi jih pokrili z zaščitnimi plastmi usedline. In to je samo ena gora, na zahodu Mongolije pa so celi verigi.

Koliko časa je minilo, da so majhne gobice dokončale tako veličasten »projekt«?

In tukaj je v bližini še ena pečina, manjša in ne bela, apnenčasta, ampak rdečkasto siva. Tvorijo ga tanke plasti kremenčevega skrilavca, zarjavelega zaradi oksidacije železovih vključkov. Nekoč so bile te gore morsko dno in če se pravilno razdelite po plasteh (udarite močno, a previdno), potem lahko na površini, ki se odpre, vidite nešteto iglic in križev 3-5 mm.

To so ostanki morskih gobic, vendar je njihova osnova v nasprotju s celotnim apnenčastim skeletom arheociatov sestavljena iz ločenih silicijevih elementov (spikul). Zato so se, ko so umrli, sesuli, dno posuli s svojimi "podrobnostmi".

Okostje vsake gobice je bilo sestavljeno iz najmanj tisoč "iglic", približno 100 tisoč jih je raztresenih na vsak kvadratni meter. Preprosta aritmetika nam omogoča, da ocenimo, koliko živali je bilo potrebnih za tvorbo 20-metrske plasti na površini vsaj 200 x 200 m: 800 milijard In to je le ena od višin okoli nas - in le nekaj grobih izračunov. Toda že iz njih je jasno, da manjši kot so organizmi, večja je njihova ustvarjalna moč: glavni graditelji Zemlje so enocelični.

Odprte apnenčaste plošče enoceličnih planktonskih alg - kokoliti - se združujejo v velike kokosfere in ko se drobijo, se spremenijo v usedline krede.

Na kopnem, v vodi in v zraku

Znano je, da v vsakem 1 cm³Kreda za pisanje vsebuje približno 10 milijard finih apnenčastih lusk planktonskih alg kokolitoforidov. Veliko pozneje kot v času mongolskih morij, v mezozojski in sedanji kenozojski dobi, so postavili kredne pečine v Angliji, Volga Zhiguli in druge masive, ki so prekrili dno vseh sodobnih oceanov.

Obseg njihovih gradbenih dejavnosti je neverjeten. Toda bledijo v primerjavi z drugimi preobrazbami, ki jih je naredilo njeno življenje na planetu.

Slan okus morij in oceanov določa prisotnost klora in natrija. Morska bitja ne potrebujejo nobenega elementa v velikih količinah in se kopičijo v vodni raztopini. Toda skoraj vse ostalo – vse, kar odnesejo reke in prihaja iz črevesja skozi izvire vročega dna – se absorbira v trenutku. Enocelične diatomeje in radiolarije jemljejo silicij za svoje okrašene školjke.

Skoraj vsi organizmi potrebujejo fosfor, kalcij in seveda ogljik. Zanimivo je, da do nastanka apnenčastega okostja (kot pri koral ali starodavnih arheociatih) pride s sproščanjem ogljikovega dioksida, zato je učinek tople grede stranski produkt gradnje grebenov.

Kokolitoforidi ne absorbirajo le kalcija iz vode, ampak tudi raztopljeno žveplo. Potreben je za sintezo organskih spojin, ki povečajo plovnost alg in jim omogočijo, da ostanejo blizu osvetljene površine.

Ko te celice odmrejo, organske snovi razpadejo, hlapne žveplove spojine pa izhlapijo skupaj z vodo in služijo kot seme za nastanek oblakov. Liter morske vode lahko vsebuje do 200 milijonov kokolitoforidov, vsako leto pa ti enocelični organizmi v ozračje dobavijo do 15,5 milijona ton žvepla – skoraj dvakrat več kot kopenski vulkani.

Sonce je sposobno dati Zemlji 100 milijonov krat več energije kot lastno črevesje planeta (3400 W/m² proti 0,00009 W/m²). Zahvaljujoč fotosintezi lahko življenje uporablja te vire in pridobi moč, ki presega zmožnosti geoloških procesov. Seveda se velik del sončne toplote preprosto razprši. Toda kljub temu je pretok energije, ki ga proizvajajo živi organizmi, 30-krat večji od geološkega. Življenje nadzoruje planet že vsaj 4 milijarde let.

Samorodno zlato včasih tvori bizarne kristale, ki so vrednejši od same plemenite kovine.

Sile svetlobe, sile teme

Brez živih organizmov veliko sedimentnih kamnin sploh ne bi nastalo. Mineralog Robert Hazen, ki je primerjal raznolikost mineralov na Luni (150 vrst), Marsu (500) in našem planetu (več kot 5000), je zaključil, da je pojav na tisoče kopenskih mineralov neposredno ali posredno povezan z aktivnostjo njegovih biosfero. Sedimentne kamnine so se kopičile na dnu vodnih teles.

Ostanki organizmov so se pogreznili v globino, skozi milijone in stotine milijonov let, tvorili močne usedline, ki so jih v obliki gorskih verig še iztisnili na površje. To je posledica premikanja in trka ogromnih tektonskih plošč. Toda sama tektonika ne bi bila mogoča brez razdelitve kamnin na nekakšno "temno" in "svetlo snov".

Prvo predstavljajo na primer bazalti, kjer prevladujejo minerali temnih tonov - pirokseni, olivini, bazični plagioklasi, med elementi pa magnezij in železo. Slednji, kot so graniti, so sestavljeni iz svetlih mineralov - kremena, kalijevega feldšpata, albitnih plagioklasov, bogatih z železom, aluminijem in silicijem.

Temne kamnine so gostejše od svetlih kamnin (v povprečju 2,9 g / cm³ proti 2,5-2,7 g / cm³) in tvorijo oceanske plošče. Pri trčenju z manj gostimi, "lahkimi" celinskimi ploščami se oceanske pogrezajo pod njimi in se stopijo v črevesju planeta.

Svetli pasovi železove rude odražajo sezonsko menjavo temnih kremenčevih in rdečih železovih plasti.

Najstarejši minerali kažejo, da se je prva pojavila "temna snov". Vendar pa se te goste skale niso mogle potopiti vase, da bi spravile plošče v gibanje. To je zahtevalo "svetlo stran" - minerale, ki jih v nepremični skorji Marsa in Lune primanjkuje.

Robert Hazen ne brez razloga verjame, da so živi organizmi Zemlje, ki so nekatere kamnine spremenili v druge, na koncu privedli do kopičenja "lahke snovi" plošč. Seveda si ta bitja – večinoma enocelične aktinomicete in druge bakterije – niso zadala tako super naloge. Njihov cilj je bil, kot vedno, najti hrano.

Črna metalurgija oceanov

Dejansko je bazaltno steklo, ki ga je izbruhnil vulkan, 17 % železa in vsak njegov kubični meter je sposoben hraniti 25 kvadrilijonov železovih bakterij. Obstoječi vsaj 1,9 milijarde let, spretno pretvorijo bazalt v "nanošet", napolnjen z novimi minerali gline (v zadnjih letih je tak mehanizem prepoznan kot biogena tovarna glinenih mineralov). Ko takšno kamnino pošljejo v črevesje na taljenje, iz nje nastanejo novi, »lahki« minerali.

Verjetno produkt bakterij in železove rude. Več kot polovica jih je nastala med 2, 6 in 1,85 milijardami let, samo Kurska magnetna anomalija pa vsebuje približno 55 milijard ton železa. Brez življenja bi se težko kopičili: za oksidacijo in obarjanje železa, raztopljenega v oceanu, je potreben prosti kisik, katerega pojav v zahtevanih količinah je možen le zaradi fotosinteze.

Acidovorax bakterije spodbujajo nastanek zelene rje - železovega hidroksida.

Življenje je sposobno izvajati "obdelavo" železa in v temnih globinah brez kisika. Atome te kovine, ki jih odnesejo podvodni viri, ujamejo bakterije, ki so sposobne oksidirati železo, da tvori železo, ki se na dno usede z zeleno rjo.

Pred nekaj milijardami let, ko je bilo na planetu še zelo malo kisika, se je to dogajalo povsod, danes pa je aktivnost teh bakterij vidna v nekaterih vodnih telesih, revnih s kisikom.

Dragoceni mikrobi

Možno je, da se velika nahajališča zlata ne bi pojavila brez sodelovanja anaerobnih bakterij, ki ne potrebujejo kisika. Glavna nahajališča plemenite kovine (tudi v Witwatersrandu v južni Afriki, kjer so raziskane zaloge približno 81 tisoč ton) so nastala pred 3, 8-2, 5 milijardami let.

Tradicionalno je veljalo, da so lokalne zlate rude nastale s prenosom in izpiranjem zlatih delcev z rekami. Vendar pa študija zlata Witwatersrand razkriva povsem drugačno sliko: kovino so »kopali« starodavne bakterije.

Dieter Halbauer je leta 1978 opisal čudne ogljikove stebre, uokvirjene z delci čistega zlata. Dolgo časa njegovo odkritje ni pritegnilo velike pozornosti, dokler mikroskopska in izotopska analiza vzorcev rude, modeliranje nastajanja rude s kolonijami sodobnih mikrobov in drugi izračuni niso potrdili geologove pravilnosti.

Očitno je pred približno 2,6 milijarde let, ko so vulkani nasičili ozračje z vodikovim sulfidom, žveplovo kislino in žveplovim dioksidom z vodno paro, kisli dežji odplaknili kamnine, ki so vsebovale razpršeno zlato, in odnesle raztopine v plitko vodo. Vendar je sama plemenita kovina prišla tja v obliki najnevarnejših spojin za vsa živa bitja, kot je cianid.

Da bi preprečili grožnjo, so mikrobi "razkužili" vodo in zmanjšali strupene soli zlata v organokovinske komplekse ali celo v čisto kovino. Bleščeči delci so se usedli na kolonije bakterij in tvorili odlitke večceličnih verig, ki jih je zdaj mogoče videti s skenirnim elektronskim mikroskopom. Mikrobi še vedno oborijo zlato - ta proces opazimo na primer v vročih vrelcih na Novi Zelandiji, čeprav v zelo skromnem obsegu.

Tako Witwatersrand kot verjetno tudi druga nahajališča iste starosti so bila posledica vitalne aktivnosti bakterijskih skupnosti v atmosferi brez kisika. Kurska magnetna anomalija in z njo povezana nahajališča železove rude so nastala na začetku kisikove epohe. Vendar se več nahajališč tega obsega ni pojavilo in je malo verjetno, da se bodo še kdaj začele oblikovati: sestava ozračja, kamnin in oceanskih voda se je od takrat večkrat spremenila.

Toda v tem času se je spremenilo tudi nešteto generacij živih organizmov in vsakemu od njih je uspelo sodelovati v globalni evoluciji Zemlje. Gošča morskih gobic in drevesnih preslic na kopnem so izginile, celo črede mamutov so preteklost, ki puščajo sled v geologiji. Prišel je čas za druga bitja in nove spremembe v vseh lupinah našega planeta – vodi, zraku in kamnu.