Пористий пірит — ще один аргумент на користь органічної природи строматолітів з Пілбари

Ріс. 1. Ліворуч: оголена ділянка строматоліту у формації Дрессер, прорізана сірою житловою кремнеземою (її товщина близько 15 см). Праворуч: зразки керна (приблизно 20 см у висоту) з найдавнішими строматолітами, які стали об’єктом ретельного і різнобічного геохімічного вивчення. Фото зі статті M. J. Van Kranendonk et al., 2008. Geological setting of Earth’s oldest fossils in the ca. 3.5 Ga Dresser Formation, Pilbara Craton, Western Australia

Навколо строматолітів з району Пілбара в західній Австралії не припиняються гарячі суперечки: що ж вони собою являють? Це залишки бактеріальних наростань або мінеральні структури абіотичного походження? Якщо перше, то ці строматоліти виявляться серйозним доказом того, що бактерії процвітали на мілководдях вже 3,5 мільярда років тому, а значить, життя з’явилося ще раніше. Якщо ж вірний другий варіант, то відлік земного життя, ймовірно, потрібно починати з більш пізніх позначок. Австралійські геологи зробили нову спробу відстояти біологічну природу даних строматолітів і, відповідно, рекордну стародавність життя.

Зеленокам’яні пояси — це кори вивітрювання, які формувалися в умовах низькотемпáного діагенезу осадових порід. У них з більшою ймовірністю можуть зберігатися залишки органічного походження. Тому, коли в середині-кінці 80-х років минулого століття в оголеннях порід, що відносяться до формації Дрессер в австралійському районі Пілбара, описали строматолітоподібні освіти, за ними відразу закріпилося звання перших безперечних слідів життя: вони датувалися віком 3,465 млрд років.

Ріс. 2. Будова порід в районі Пілбара і датування деяких шарів. Формація Дрессер (Dresser Oneation) включає те саме оголення, звідки відбуваються досліджені зразки; вони на схемі показані світлими напівкруглими значками. Малюнок з сайту flickr.com

Однак з появою нових даних вчені стали сумніватися в тому, що вони «перші» — були знайдені вказівки на сліди фракціонування вуглецю в зернах графіту в гренландській формації Ісуа віком 3,8 млрд років і в північній Канаді в ще більш стародавніх графітах (див.:Виявлені ймовірні сліди життя віком 3,95 мільярда років, «Елементи», 28.09.2017). Пізніше з формації Ісуа описали вже не молекулярні біомаркери, а морфологічні освіти з характерними ознаками строматолітів виключно значного віку 3,7 млрд років (див.:Знайдено строматоліти віком 3,7 млрд років — найдавніші сліди життя на Землі, «Елементи», 05.09.2016). Треба зазначити, що наступні дослідження зразків з Ісуа показали, що зерна графіту можуть бути більш пізнім забрудненням, а строматоліти Ісуа — це абіотичні мінеральні структури (A. C. Allwood et al., 2018. Reassessing evidence of life in 3,700-million-year-old rocks of Greenland).

«Безперечність» строматолітів з формації Дрессер теж піддалася сумніву. Строматолітоподібні прошарки в осадових породах, як з’ясувалося, можуть складатися і в ході абіогенних процесів. В експериментах було показано, що якщо в рідині (наприклад, у морській воді) рухається колоїдний потік (насичений розчиненим кремнієм гідротермальний флюїд), то в крайовій зоні цього потоку будуть формуватися слоїсті структури, схожі на строматоліти: з такими ж стовпчиками, з такими ж нерівними, мереживними, поверхнями прошарків (N. McLoughlin et al., 2008. Growth of synthetic stromatolites and wrinkle structures in the absence of microbes — implications for the early fossil record). Так що біологічне походження цих «найдавніших» строматолітів повисло в повітрі. Тим більше, що впізнаваного органічного матеріалу в тих зразках вже не було — все зникло в результаті кисневого вивітрювання поверхні оголення.

Що робити? Відповідь проста: вивчати це оголення далі, тим більше що в 2004 році тут проводили роботи з глибокого буріння і був зібраний відмінний керновий матеріал. На таких глибинах мінерали містять неокислену органіку і неокислене залізо. Ці керни і дозволили отримати нове обґрунтування біологічної природи строматолітів Пілбара. Цим завданням займалася група геологів з декількох наукових установ Австралії та Франції. Вони зробили тонкі шліфи кернів, подивилися розподіл хімічних елементів у цих шліфах, виміряли ізотопний склад органічного матеріалу і знайшли біоподібні нитчасті утворення органічного складу.

Матеріал являє собою (як було описано і попередніх дослідженнях) стовпчаті шарковисті нарости сульфідів і доломіта (Ca-Mg-карбонат), в підставі яких знаходиться грубокристалічний баріт. Судячи з міток рябі і висихання по поверхнях напластування, ці осадові шари формувалися в умовах осушуваного мілководдя. А вкраплення гейзеритів у підставі прошарків говорять про гідротермальне джерело формування мінералів. Сульфіди в стовпчиних утвореннях — це, як з’ясувалося, переважно пірит (сульфід заліза) і сфалерит (сульфід цинку). А якщо говорити конкретно про піріт, то це не просто пірить — в ньому є нанорозмірні пори.

У цих порах і в асоціації з ними виявлена органіка. За своїми спектрометричними характеристиками вона виявилася схожа на решту архейської органіки, так що сучасне забруднення автори визнають малоймовірним. У цьому органічному матеріалі присутні гранули баріта і кальциту. А за ізотопним складом вуглецю зі значеннями 29,6 13C ‑ 0,3, що співвідноситься з характерними показниками мікробної біомаси. Якщо розглянути під електронним мікроскопом піритизовані зони строматолітів, то там видно нитчасті утворення з плавними вигинами і переплетені між собою (рис. 3); вони проходять всередині пористого піріту і асоційовані з гранулами кальциту.

Ріс. 3. Фотографії піритизованих зон строматолітів, зроблені за допомогою скануючого електронного мікроскопа. А видна органічна нитка (ОМ), що проходить всередині пористого піриту (Py), пори вказані червоною стрілкою. В — фотографія зроблена в іншому режимі: темний тон — це вуглець, а світлий — більш важкі елементи, зокрема залізо. З — збільшений фрагмент зображення В: видно кристали карбонату кальцію (Cal). D — переплетені органічні нитки (червоні стрілки) з кристалами баріта, кальциту або кварцу (білі стрілки). Малюнок з обговорюваної статті в Geology

На погляд авторів роботи, найважливіше в даному комплексі спостережень — це, по-перше (і по-головних) пористий пірит, а по-друге, асоціація цього піриту з органічним матеріалом з усіма ознаками біологічного походження. Пірит в такому вигляді утворюється тільки на біологічній матриці, тобто на бактеріальних полісахаридних чохлах або в присутності великих концентрацій органічної маси. Іншого варіанту утворення пористого піріту поки не відомо. І якщо до цього додається органіка з полегшеним вуглецевим складом, ознаками кальцифікації (що теж характерно для негативно заряджених органічних молекул, в тому числі і полісахаридних чохлів), та ще й у формі нитчастих мікробів, то скептикам, які сумніваються в біологічному походженні цих утворень, доведеться як слід задуматися над подальшою аргументацією.

Наступні дослідження в цій галузі повинні будуть більш чітко продемонструвати зв’язок між пористою структурою пирита і його біогенним походженням. Поки у нас є тільки поодинокі спостереження, пов’язані з утворенням пористого піриту на біоматрицах. Потрібно з’ясувати, чому він має таку форму, як вона виходить, і чому в абіогенному піриті ми такого побачити не зможемо. Здавалося б, навіщо вдаватися в деталі, все ж так складно доведено… Але ж ми займаємося доказовою наукою, значить потрібно перевіряти і альтернативні версії. На сьогоднішній день, поки альтернативи не вивчені, робочою гіпотезою буде саме біогенне походження строматолітів із західної Австралії.

Джерело: Raphael J. Baumgartner, Martin J. Van Kranendonk, David Wacey, Marco L. Fiorentini, Martin Saunders, Stefano Caruso, Anais Pages, Martin Homann, Paul Guagliardo. Nano–porous pyrite and organic matter in 3.5-billion-year-old stromatolites record primordial life // Geology. 2019. DOI: 10.1130/G46365.1.

Олена Наймарк