Палеонтологические открытия, из-за которых нам придется переписать учебники
Палеонтологические открытия, из-за которых нам придется переписать учебники
Серия новых окаменелостей заставила ученых пересмотреть взгляд на развитие жизни на Земле. Возможно, она зародилась намного раньше, чем все думали, а значит возникают сомнения и в существующей теории образования нашей Солнечной системы...

В засушливом, залитом солнцем северо-западном уголке Австралии, вдоль тропика Козерога, под небом распростерта старейшая земная поверхность на планете. Если вы проедете по малонаселенному северному району к югу от Порт-Хедленда, расположившегося на побережье, вы прибудете к холмам, сглаженным временем. Они являются частью региона под названием Кратон Пилбара, который образовался 3.5 миллиарда лет назад, когда Земля была еще совсем молодой.

Присмотритесь. Сквозь разлом одного из этих холмов вываливаются наружу древние оранжевые как фанта камни — эти залежи зовутся Apex Chert (досл. пер. — Верхний Кремний). В этом камне есть маленькие трубочки, которые можно разглядеть только под микроскопом. Некоторые из них похожи на петроглифы торнадо, другие — на плоских червяков. И это одни из самых неоднозначных образцов окаменелостей, когда-либо собранных на нашей планете. Ведь вполне возможно, это и есть старейшие формы жизни.

Возможно, именно так выглядела наша п...
Возможно, именно так выглядела наша планета в эру Поздней тяжелой бомбардировки

В декабре 2017-го, исследователи поставили финальную точку в продолжавшемся несколько десятилетий споре о происхождении этих форм. Это действительно окаменелости живых существ, и по словам Джона Вэлли (John Valley), геохимика и Университета Вискосина, их возраст достигает 3.465 миллиарда лет. Если Вэлли и его команда правы, эти окаменелости станут доказательством того, что жизнь была разнообразной уже тогда, в буйную молодость нашей планеты.

Обломок камня из Apex Chert в Западно...
Обломок камня из Apex Chert в Западной Австралии. Возраст 3.5 милларда лет. (сверху) Пример одной из микроокаменелостей, найденной в обломке (внизу) 

Эти окаменелости лишь часть целой волны открытий, указывающих на новую историю древней Земли. За последний год несколько команд ученых откопали, разбили и расщепили лазерами обломки камней, в которых может находится жизнь, датируемая 3.7, 3.95 или даже 4.28 миллиардами лет назад. (На данный момент возраст Земли оценивается в 4.543 миллиарда лет — прим. Funscience). Все эти микроокаменелости — и химические доказательства, связанные с ними, — вызвали активные дебаты. Но все они заставляют нас сомневаться в принятой на сегодня истории.

По этой самой истории на протяжении полумиллиарда лет после своего образования Земля оставалась навероятно горячей. Этот зараждающийся мир населяли вулканы, и его бомбардировали осколки, делая его таким ужасным и неприветливым для жизни, что эту эру называют Гадеем (прим. Funscience —У нас чаще употребляется название Катархей), по имени Гадеса, более известного нам как Аид, —  древнегреческого бога подземного царства. Не может такого быть, чтобы жизнь зародилась до завершения особенно яростной астероидной бомбардировки 3.8 миллиарда лет назад.

Но новые открытия получают всё большую огласку и критику. Многие геологи теперь считают, что Земля была прохладной и полной воды с самого начала. Некоторые из самых старых найденных камней предполагают, что части земной коры охладились и затвердели еще 4.4 миллиарда лет назад. Кислород в этих древних обломках указывает на то, что уже 4.3 миллиарда лет назад на Земле была воды. И вместо эпохального финального дождя, падения метеоритов могли медленно прекратиться в то время как Солнечная система установилась в том состоянии, в каком мы ее знаем.

“Все на самом деле выглядело намного более похоже на современный мир еще в те ранние времена. Была вода, потенциально устойчивая кора. Мы не расстаемся с идеей, что мир мог быть обитаем и поддерживал какую-то форму жизни,” — говорит Элизабет Белл (Elizabeth Bell), геохимик из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе.

Все это вместе, — доказательства из древней Земли и с Луны, — подсказывают нам, что мир эпохи Гадея (Катархея) был совсем другой: твердым, умеренным, свободным от метеоритов и полным воды, — он был Эдемом с рождения.

Древние подсказки

Примерно 4.54 миллиарда лет назад из пыли и камней, оставшихся после рождения Солнца, сформировалась Земля. Более мелкие остатки продолжали бить по малышке Земле, нагревая ее и насыщая радиоактивными материалами, которые еще больше разогревали ее изнутри. Океаны магмы покрывали земную поверхность. Тогда Земля была не каменистой планетой, а шариком лавы.

Вскоре после того, как Земля срослась, своевольная пролетающая планета врезалась в нее в невероятной силой, возможно испарив всю воду на Земле и сформировав Луну. Падения материтов продолжились, порой оставляя на поверхности кратеры диаметром в 1000 километров. По принятой парадигме эры Гадея (Катархея), кульминацией этого дождя стала атака, называемая Поздней тяжелой бомбардировкой, также известная как лунный катаклизм, во время которого астероиды залетели во внутреннюю солнечную систему и ударяли по скалистым планетам. Во время этой ранней эры, завершившейся примерно 3.8 миллиарда лет назад, Земля была расплавленной и не могла поддерживать твердую кору и тем более жизнь.


Но примерно десять лет назад эта история начала меняться, во многом благодаря мельчайшим кристаллам, называемым цирконами. Эти полудрагоценные камушки, чаще всего не превышающие размером точку на конце этого предложения, рассказали нам о более прохладном, влажном и вполне возможно обитаемом мире, существовавшем 4.3 миллиарда лет назад. В последние годы окаменелости в древних камнях подтвердили историю цирконов о более спокойном климате. Похожие на торнадо окаменелости из Кратона Пилбара это лишь последний найденный экземпляр.

Сегодня самое древнее доказательство жизни, — в котором многие ученые сомневаются и даже отвергают, — датируется как минимум 3.77 миллиардами лет, а возможно даже 4.28 миллиардами.

В марте 2017 года Доминик Папино (Dominic Papineau), геохимикиз Университетского колледжа Лондона, и его студент Мэтью Додд (Matthew Dodd) описали похожие на трубки окаменелости в обнаженных породах в Квибеке, которые датируются самыми ранними годами жизни нашей планеты. Это формирование, называемое Нувувогиттакским Зеленокаменным Поясом (Nuvvuagittuq Greenstone Belt), является фрагментом примитивного океанского дна Земли. В нем скрывают окаменелости, размером с половину ширины волоса и всего полмиллиметра в длину. Они сделаны из оксида железа под названием гематит и могут являться окаменелыми городами, построенными микробными сообществами 4.28 миллиарда лет назад.

Ярко-красный камень в Нувувогиттакско...
Ярко-красный камень в Нувувогиттакском Зеленокаменном Поясе содержит трубчатые микроокаменелости, датируемые 3.77 миллиардами лет

“Они могли сформировать эти гелеподобные, красные как ржачина покрытия на камнях около вулканических отверстий,” — объясняет Додд. Подобные структуры существуют и в современных океанах, где сообщества микробов и кроваво-красных трубчатых червей процветают вокруг плюющихся черным кратеров, там на глубине, куда не достигает солнечный свет.

Додд обнаружил трубки рядом с графитом и карбонатными “розеттами” — маленькими кольцами из карбоната, содержащими органические материалы. Розетты могут сформироваться через самые разные небиологические процессы, но Додд помимо прочего нашел минерал, называемый апатитом, которые, по его словам, является точным симптомом биологической активности. Исследователи также проанализировали варианты, или изотопы, углерода в графите. Обычно живые организмы предпочитают использовать более легкие изотопы, поэтому обилие углерода-12 по сравнению с углеродом-13 можно использовать как индикатор биологической активности в прошлом. Графит рядом с розеттами тоже указывал на наличие жизни. Все это вместе, — трубки и окружающие их химические элементы, — подсказывает нам, что перед нами остатки микробных сообществ, которые жили в глубоком океане около гидротермального источника.

Геологи до сих пор не определились по поводу точного возраста каменного пояса, где они были найдены, но все согласны, что здесь находится одна из самых древних, если не древнейшая, железная формация на Земле. Это означает, что и окаменелости такого же возраста, — а это намного старше всего того, что мы находили ранее, и намного старше самых смелых представлений ученых.

Микроокаменелости похожи на подводные...
Микроокаменелости похожи на подводные организмы около глубоководных гидротермальных источников

В сентябре 2017 года исследователи из Японии опубликовали работу о графитовых зернах из 3.95-миллиардо-летних осадочных пород блока Сеглек на севере Лабрадора в Канаде. Юджи Сано (Yuji Sano) и Цуёши Комия (Tsuyoshi Komiyа) из Токийского университета объявили, что соотношение изотопов углерода указывает на то, что их графит был создан живыми организмами. Но эти графитовые зерна не сопровождались другими признаками окаменелостей, да и история окружающих камней доволно спорна: вполне возможно, углерод намного младше, чем кажется.

Дальше к востоку, в югозападной Гренландии, другая команда тоже обнаружила доказательства древней жизни. В августе 2016 года, Аллен Натмен (Allen Nutman) из Университета Вуллонгонга в Австрали с коллегами сообщили об обнаружении строматолитов, окаменелых останков микробов, возрастом 3.7 миллиарда лет.

Аллен Натмен ищет древние микроокамен...
Аллен Натмен ищет древние микроокаменелости в формации Исуа в южной Гренландии

Многие геологи скептично настроены к каждому такому заявлению. К примеру, Натмен нашел окаменелости в формации Исуа на юге Гренландии, — территории самых древних из известных осадочных пород на Земле. Но эту формацию сложно объяснить. Также как небиологические процессы могли сформировать розетты из углерода Додда, базовая химия способна создавать различные многослойные структуры без малейшей помощи жизни. А значит, это могут быть не строматолиты, а безжизненные подражатели.

К тому же и Нувувогиттакский Зеленокаменный Пояс (если вы думаете, что к концу статьи сумеете наконец привыкнуть к этому названию, вы ошибаетесь — Funscience), и формация Исуа нагревались и сдавливались в течение миллиардов лет. Именно во время этого процесса плавятся и перекристаллизовываются камни, теряя свое первоначальное осадочное состояние.

“Я не думаю, что какие-либо из этих исследований неверны, но и не считаю, что они являются доказательством, — говорит Вэлли, исследователь из Висконсина. — Все, что мы можем утверждать, так это то, что [камни Натмена] выглядят как строматолиты, и это очень привлекательно.”

Но когда речь заходит о его работе с окаменелостями Кратона Пилбара, Вэлли намного менее осторожен.

Строматолиты формируют маленькие похо...
Строматолиты формируют маленькие похожие на волны бугорки в осадочных породах. Вертикальные линии — это надрезы, сделанные исследователями

Признаки жизни

Похожие на торнадо микроокаменелости лежали в Кратоне Пилбара на протяжении 3.465 миллиардов лет, прежде чем их отделили от родного камня, упаковали в коробку и отправили в Калифорнию. Палеобиолог Уильям Шёпф (William Schopf) из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе (UCLA) в 1993 году опубликовал статью о своем открытии странных завитков и идентифицировал в образцах 11 различных таксонов микробов. Критики тогда сказали, что эти формы могли образоваться в следствие небиологических процессов. И с тех пор геологи продолжают спорить. В прошлом году Шёпф отправил образец Вэлли, у которого есть масс-спектометр на вторичных ионах —  высокочувствительное оборудование для измерения соотношений изотопов.

Команда Вэлли обнаружила, что в некоторых из образцов то же соотношение изотопов углерода, что и в современных фотосинтезирующих бактериях. Три других типа окаменелостей совпали по соотношению с потребляющими метан или производящими метан микробами. Более того, соотношения изотопов коррелировались с конкретными видами, которые еще в 1993-м были выделены самим Шёпфом. Точки измерения соотношений изотопов на образцах соответствовали формам микроокаменелостей. Получается, это самые старые образцы, которые выглядят как окаменелости и с физической, и с химической точки зрения.

Джон Вэлли в своей лаборатории с масс...
Джон Вэлли в своей лаборатории с масс-спектрометром в Университете Висконсина, Мэдисон

Хотя эти образцы и не являются древнейшими по оценке — если мы поверим в подлинность камней, описанных Доддом, Комия и Натменом, —у циклических миниатюр Шёпфа и Вэлли есть одно важное отличие: они разнообразны. Наличие такого большого количество различных соотношений изотопов углерода указывает на то, что этот камень представляет собой сложное сообщество примитивных организмов. Этим формам жизни потребовалось время, чтобы развиться в такое разнообразие в процессе бесконечных итераций. Это означает, что они должны были бы образоваться задолго до установленной отметки в 3.465 миллиардов лет назад. Получается, наши самые дальние предки очень и очень далеко от нас.

Водный мир

Окаменелости не являются первым признаком того, что Земля на заре существования была скорее похожа на рай, чем на ад. Сами камни стали приносить доказательства еще в далеком 2001 году. Тогда Вэлли нашел цирконы, которые указали, что уже 4.4 миллардов лет назад на планете была кора.

Цироны — это кристаллические минералы, состоящие из кремния, кислорода, циркония и некоторых других элементов. Они образуются в магме и, как и более известные углеродные кристаллы, могут существовать вечно — они могут пережить камни, в которых образовались, и выдерживать невероятное давление, эрозию и деформацию на протяжении долгих веков. В результате это единственные камни оставшиеся со время Гадея (Катархея), что делает их бесценными капсулами времени.

Вэлли отколол несколько образцов в Джек Хиллс (Jack Hills), горном хребте в Западной Австралии, и обнаружил изотопы кислорода, которые позволяют предположить, что кристаллы были сформированы из материала, на который воздействовала жидкая вода. Отсюда и было сделано предположение, что часть земной коры застыла и несла в себе воды как минимум на 400 миллионов лет раньше, чем появились первые известные нам осадочные породы. По мнению Вэлли, если там была вода, то скорее всего были и огромые океаны. Изучение других цирконов дало такие же результаты.

“Гадей не был похож на ад. Вот, что мы узнали, изучая цирконы. Конечно, там были вулканы, но скорее всего их окружали океаны. Должна была быть хоть какая-то суша,” — говорит он.

Цирконы дали надежду, что уже тогда могла существовать жизнь.

В исследовании, опубликованном в 2015 году, Белл и его со-авторы представили в доказательство графит, заключенный в маленький кристалл циркония, возрастом 4.1 миллиарда лет, найденный там же в хребте Джек Хиллс. Смесь изотопов углерода в этом графите намекает на биологическое происхождение, хотя по поводу открытия — как всегда — до сих пор ведутся яростные дебаты.

“Может ли быть другое объяснение помимо жизни? Да, — говорит Белл, — но это то, что я бы посчитал самым надежным доказательством наличие какого-то типа окаменелости или структуры биологического происхождения.”

Ренген циркония (4.1 миллиарда лет), ...
Ренген циркония (4.1 миллиарда лет), на котором видны черные точки углеродных отложений

Если эти подсказки древних камней достоверны, они говорят нам, что жизнь была везде и всегда. Куда бы не посмотрели ученые, они находят там доказательства жизни и ее химические следы, будь это сами окаменелости или остатки следов движения той древней жизни. Жизнь не настолько уж разборчива и хрупка, она выживает в самых суровых условиях.

“Жизнь была способно творить невероятные вещи тогда, когда Земля боролась с самыми сильными столкновениями в своей истории,” — говорит Билл Боттке (Bill Bottke), планетолог из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.

А может и нет. Может, все у Земли было хорошо, и те столкновения были не настолько частыми, как все предполагали.

Доказательства ударов

Мы знаем, что Земля, как и все остальное в космосе, подвергалась в прошлом ударам астероидов. Луна, Марс, Венера, Меркурий — все несут на себе следы древних обстрелов. Вопрос в том, когда это было и как долго продолжалось.

Основываясь в многом на образцах с Аполлона, привезенных домой автронавтами-луноходами, ученые пришли к выводу, что в времена Гадея (Катархея) было как минимум две отдельные эпохи обстрелов в Солнечной системе. Первая была неизбежным следствием образования планет: у них ушло некоторое время на то, чтобы словить все самые большие астероиды, а остальные Юпитер собрал в главный пояс астероидов.

Вторая эра пришла позже. Она началась где-то между 500 и 700 миллионами лет после того, как образовалась Солнечная система и завершилась примерно 3.8 миллиарда лет назад. Ее зовут Поздней тяжелой бомбардировкой, или лунным катаклизмом.

И как всегда это бывает в геохимии, доказательство изменившего мир обстрела, — события самых невообразимых масштабов, — нужно выводить из малых деталей. Изотопы калия и аргона в привезенных миссией Аполлон образцах указали на то, что части Луны неожиданно расплавились 500 миллионов лет после ее образования. И это послужило доказательством того, что удар чуть не разнес нашу луну в щепки.

Цирконы тоже предлагают завлекательное физическое доказательство позднего адского пейзажа. В некоторых из них содержатся “ударные” минералы, то есть образовавшиеся во время удара, а это доказательство наличия невероятного жара и давления, которые могут быть признаками чего-то ужасного. Многие из них младше 3 миллиардов лет, но Белл нашла один циркон, который указал на быстрое и сильнейшее нагревание примерно 3.9 миллиарда лет назад — возможный признак Поздней тяжелой бомбардировки. “Все, что нам известно, это то, что есть группа рекристаллизованных цирконов из этого периода. Учитывая совпадение с Поздней тяжелой бомбардировкой, сложно было удержаться от вывода, что они могут быть связаны, — говорит она. — Но чтобы точно это установить, нам нужно взглянуть на цирконы из других мест на планете.”

По словам Аарона Кавози из Технологического университета Кертина в Австралии, других следов пока что нет.

Кратеры на луне считаются доказательс...
Кратеры на луне считаются доказательством Поздней тяжелой бомбардировки, но пересмотр геологических образцов лунных пород с миссии Аполлон позволяет сомневаться, что падения астероидов в эру Гадея были такими сильными, как мы думали

Лунные камни

В 2016 году Патрик Боэнке (Patrick Boehnke), сейчас работающий в Чикагском университете, заново взглянул на оригинальные образцы, привезенные Аполлоном, которые в течение десятилетий служили главным доказательством Поздней тяжелой бомбардировки. Совместно с Марком Харрисоном из Калифорнийского университета, они проанализировали изотопы аргона и пришли к выводу, что камни Аполлона могли сильно потрепаны с того момента, как кристаллизировались на родной луне, а значит, они могут выглядеть младше, чем они есть на самом деле.

“Даже если вы решите все вопросы аналитики, — говорит Боэнке, — у вас останется проблема того, что все образцы Аполлона были собраны рядом.” Вполне возможно, что астронавты миссий Аполлона собирали камни с одного астероидного дождя, чей след растянулся по повернутой к нам стороне спутника.

Вдобавок к этому, вращающиеся вокруг Луны космические станции, такие как Gravity Recovery Interior Laboratory (GRAIL)(википедия) и Лунный орбитальный зонд (LRO)(википедия), обнаружили около 100 ранее неизвестых кратеров, включая явное увеличение количества ударов в районе 4.3 миллиарда лет назад.

“Это интересное пересечение орбитальных данных и образцов, и других разных типов данных — лунного стекла, образцов советской серии миссий «Луна», образцов Аполлона, лунных метеоритов — они все вместе указывают на нечто, что не было разрушительным повышением активности 3.9 миллиарда лет назад,” — говорит Николь Зеллнер, планетолог из колледжа Альбион в штате Мичиган.

Боттке, изучающий астероиды и динамику солнечных систем, является одним из нескольких исследователей, которые предлагают отредактированные теории. Сейчас он придерживается версии, что был небольшой рост активности, за которым последовал медленный спад. Есть и те, кто думает, что позднего бомбардирования вообще не было, а кратеры на луне и других скалистых планетах — это наследие первой эры планетного бильярда, природного процесса образования планет.

“У нас есть лишь крупицы данных, и мы пытаемся что-то с ними сделать, — говорит он. — Ты пытаешься построить историю, и иногда ты просто гонишься за призраками.”

Жизнь входит в свои права

Ну а пока это обсуждается, другие ученые обсуждают более глобальные вопросы, чем динамика ранних солнечных систем.

Если хотя бы некоторые из новых образцов действительно являются слепками первичных жизненных форм, то наши предки окажутся намного более древними, чем мы думали. Жизнь могла возникнуть тогда, когда планета только поддалась, — охладилась достаточно, чтобы возникла жидкая вода.

“Меня учили в детстве, что жизни требуются миллиарды и миллиарды лет для того, чтобы она возникла. Но я не смог найти каких-либо основ этим заявлениям, — говорит Вэлли. — Я думаю, вполне возможно, что жизнь возникла за какие-то несколько миллионов лет, когда условия стали пригодными. С точки зрения микроба, миллион лет — это очень долгий срок, а с точки зрения геологии, это как один раз моргнуть.”

“Нет причин думать, что жизнь не могла возникнуть 4.3 миллиарда лет назад, — добавил он. — Нет причин.”

Если случайно не произошла массовая стерилизация 3.9 миллиарда лет назад, или если несколько массовых астероидных бомбардировок ограничились повреждениями лишь одного полушария, то самые древние наши предки могли населять Землю еще в самые “адские” дни ее рождения. А это в свою очередь означает, что возрастает вероятность жизни где-то еще в космосе.

Видимо, жизнь способна выдерживать намного более суровые условия, чем мы думали. И возможно, ей нужно совсем немного времени, чтобы вступить в свои права. Она могла возникнуть в ранние времена и повсеместно и заполонить всю Вселенную. В бесконечном количестве форм: от делающих трубки микробов до затаившейся слизи, возможно, жизнь слишком мала или проста, чтобы общаться так, как мы это делаем на Земле, — но от этого она не менее настоящая и не менее живая.Источник: "Наука от Фансаенс"
Опубликовано 12 сентября 2021 Комментариев 0 | Прочтений 1503

Ещё по теме...

Добавить комментарий
Периодические издания



Информационная рассылка:

Рассылка X-Files: Загадки, Тайны, Открытия



Электронный журнал:

THE X-FILES...
Все тайны эпохи человечества