Die ältesten archaischen Bakterien waren keine Sulfatreduzierer. • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Geochemie, Vulkanologie, Mikrobiologie

Die ältesten archaischen Bakterien waren keine Sulfatreduzierer.

Lava Archaische Felsen in Barberton, Südafrika; Es gab ein Projekt zum Bohren der Barytschichten (Barberton Barite Drilling Project), bei dem wichtige Daten über das älteste Leben gewonnen wurden. Bild von all-geo.org

Die Aufmerksamkeit von Lesern, die die Erforschung der ältesten Spuren des Lebens verfolgen, bietet ein Artikel von französischen Geologen, der kürzlich in Naturgeowissenschaften. Die Forscher beschäftigten sich mit der Fraktionierung von Schwefelisotopen in den ältesten Gesteinen des Planeten. Ihre Schlussfolgerungen widerlegen die bestehende Ansicht, dass die Fraktionierung von Schwefelisotopen mikrobieller Natur ist. Sie beweisen, dass die Schwefelfraktionierung in der archaischen Zeit vor allem auf physikalisch-chemische Prozesse in der Atmosphäre und im Ozean zurückzuführen war.

Französische Wissenschaftler von der Universität Paris Diderot (alias Universität Paris VII) und das Zentrum für Petrographische und Geochemische Forschung haben neue Daten über die Isotopenzusammensetzung von Schwefel in den ältesten archaischen Gesteinen Südafrikas in Barberton (siehe: Archaisches Leben im Barberton Greenstone Belt), deren Alter ist, veröffentlicht 3,24-3,26 Milliarden Jahre. Diese Proben stammen aus den Kernen der berühmten Onverwacht- und Feigenbaum-Serie, die Morphostrukturen enthalten, die verschiedenen Mikroorganismen ähneln.Darüber hinaus Material von bekannten archaischen Standorten mit fossilen Bakterien aus Westaustralien: die Dresser-Formationen (Dresser, 3,49 Milliarden Jahre alt) und Pilbara (Pilbara-Gebiet, 3,24 Milliarden Jahre alt) und aus Indien: Sargur-Gruppe, 3, 25 Milliarden Jahre alt (siehe Artikel über sie: Rollinson et al. Kontrastierende hohe und mittlere Drücke der Archaean Sargur Schiefer von Südindien, 1981).

Die Ideologie der Erforschung der Zusammensetzung von Schwefelisotopen aus Archaischen Gesteinen ist im Allgemeinen die folgende. Es gibt eine sehr große Menge von Daten über das Verhältnis von Schwefelisotopen in Sulfiden. Diese Daten stammen aus kontinuierlichen geologischen Serien, da Sulfide in Gesteinen dieser Zeit weit verbreitet sind – nicht überraschend, weil die Atmosphäre und der Ozean des Planeten von freiem Sauerstoff befreit waren. Die Isotopenzusammensetzung der Archaischen Sulfide ist nach diesen Daten durch eine positive Korrelation zwischen den Isotopen und den Isotopen charakterisiert 34S und 33S: vergleichbarer Anstieg des schweren Isotops 34S wird von einer Zunahme der Menge an Lichtisotopen begleitet 33S. Es ist klar, dass sich auch die Mengen anderer Schwefelisotope verschieben. Zwei Mechanismen wurden zur Erklärung der Verschiebung der Isotopenzusammensetzung von Schwefel vorgeschlagen: Sie ist massenabhängig (siehe Übersicht: Edward D. Young et al., 2002. Kinetische und Gleichgewichts-massenabhängige Isotopenfraktion). unabhängige (siehe Massenunabhängige Fraktionierung) Fraktionierung von Schwefelisotopen.

In der ersten sind die Isotope wegen ihrer unterschiedlichen Mobilität nach Masse sortiert. Das Gleichgewicht der Isotope unterliegt einer strengen Ordnung. Insbesondere für Schwefel 36S, 34S, 33S und 32S berechnet solche Abhängigkeiten: δ33S ≥ 0,5 · δ34S und δ36S ≈ 2 · δ34S. Massenunabhängige Fraktionierung kann aufgrund von Chemikalien (z. B. Photolyse von Schwefeloxiden in der Atmosphäre) oder biologischen Prozessen (Mikroben bevorzugen es, mit leichten Isotopen zu arbeiten, daher haben ihre Abfallprodukte eine leichte isotopische Zusammensetzung). Jene Daten, die nicht in das Schema der massenabhängigen Fraktionierung passen, werden als das Ergebnis einer massenunabhängigen Fraktionierung betrachtet. Für Archean führte die massenunabhängige Fraktionierung zum Auftreten von Schichten mit einem hohen Gehalt an leichten Isotopen in Sulfiden (siehe Abb. 1).

Abb. 1. Kompilierte Daten zur Schwefelisotopie. Von Ordinate auf oberstes Diagramm Schwer zu kalkulierender Indikator für den fraktionellen Typ Δ33S (Verhältnis 33S /32S; wenn es nahe bei Null ist, wird die Fraktionierung als massenabhängig angesehen, Abweichungen davon zeigen eine massenunabhängige Fraktionierung an; im unteren Graphen auf der y-Achse δ34S bezeichnet das Verhältnis 34S /32S.Man kann sehen, dass vor bis zu 2,5 Milliarden Jahren eine aktive Isotopenfraktionierung stattfand, wobei die massenunabhängige Fraktionierung vorherrschend war. Die Daten über Sulfide und Sulfate sind hier kombiniert, aber im Archaischen der Sulfate gibt es eine unbedeutende Menge, so dass sie das Gesamtbild nicht beeinflussen. Bild aus Rezension von Farquhar et al. Geologische Einschränkungen des Sauerstoffs der Photosynthese, 2011

Die derzeit vorherrschende Theorie legt nahe, dass die Hauptursache der massenunabhängigen Fraktionierung die Aktivität von Sulfat-Reduktionsmitteln ist. Sie bevorzugen Sulfate mit leichten Isotopen, reduzieren sie und produzieren Sulfide mit einer leichten Isotopenzusammensetzung. Als Ergebnis wird eine charakteristische Archean-Isotopenreihe erhalten – ein Verhältnis von Isotopen, das für sauerstofffreie Bedingungen sehr spezifisch ist. 36S, 34S, 33S und 32S.

Was die Sulfate betrifft, ist das Bild anders. Erstens sind die Sulfatablagerungen im Archaikum sehr klein. Unter anoxischen Bedingungen wurden Sulfate schnell reduziert und verwandelten sich in elementaren Schwefel und Sulfide. Heute sind nur drei Episoden bekannt, als im Archaikum Sulfate (Baryt) gebildet wurden. Dies sind Ereignisse, die vor 3,5, 3,4 und 3,2 Milliarden Jahren auftraten, und sie sind auf Perioden von Vulkanausbrüchen beschränkt.Sulfate zeichnen sich durch einen geringen Isotopengehalt aus. 33S und hoch – schwer 34S, der Bereich der Anomalien (Abweichungen vom Verhältnis dieser Isotope in vulkanischem Magma, das in ähnlichen Untersuchungen exakt und gleichmäßig über den ganzen Planeten festgelegt ist und daher Null ist) der beiden Isotope ist extrem eng und mit denen für Schwefel in Sulfiden nicht vergleichbar. Zusätzlich gibt es eine umgekehrte Korrelation zwischen dem Verhältnis 34S und 33S.

Die meisten Wissenschaftler waren sich einig, dass dieses Merkmal durch den starken Effekt der massenunabhängigen bakteriellen Schwefelfraktionierung erklärt werden sollte. Bakterien-Sulfat-Reduktionsmittel – diejenigen, die oxidierten Schwefel zu elementarem Schwefel und Schwefelwasserstoff reduzieren – wurden verarbeitetungefährdie meisten Sulfate mit einem leichten Isotop, wodurch der Teil mit dem schweren Teil praktisch intakt bleibt. Aus dem Vorstehenden folgt, dass vor 3,5 Milliarden Jahren und später Schwefelreduktoren in den Meeren arbeiteten und dass diese Art des bakteriellen Metabolismus im Spätarchaischen vorherrschte. Obwohl einige Wissenschaftler zu dieser Zeit ihre Meinung über die sehr begrenzte Menge an Sulfatreduktion äußerten (siehe zum Beispiel Itay Halevy, et al., 2010. Erklärung der Mass-Independent Sulphur Isotope Record).

Diese Erklärung entsprach jedoch nicht den französischen Geologen. Es basierte hauptsächlich auf Vermutungen und konsistenten Hypothesen, und sie brauchten Beweise. Und sie erhielten sie, aber nicht die, die man annehmen konnte. Mit Hilfe von zusätzlichen und verlässlichen Daten konnten sie nur beweisen, dass eine massenunabhängige Fraktionierung nicht durch Sulfat-Reduktionsmittel erreicht wurde. Es stellte sich heraus, dass diese Fraktionierung mit der Photolyse von Schwefeldioxid verbunden ist, das in unterschiedlichen Anteilen mit isotopieneutralem Mantelmaterial gemischt wurde (siehe Abb. 2).

Abb. 2 Verschiedene Szenarien für die Fraktionierung von Schwefelisotopen im Archaikum.
a – allgemeines Szenario. In diesem Szenario wurde Schwefeldioxid mit vulkanischen Gasen in die Atmosphäre freigesetzt und dort einer Photolyse unterzogen; Da leichte Isotope leichter reagieren und sich leichter zersetzen als schwere, wird eine massenabhängige Fraktionierung von Schwefelisotopen hinzugefügt. Diese Abhängigkeiten sind relativ streng, die Beziehung zwischen 36S,34S,33S und 32S mit massenabhängiger Fraktionierung berechnet. Das Bild ist typisch für das überall gezeigte Archean-Verhältnis dieser Isotope roter Pfeil (Archaeanisches Referenzarray) Grüner Pfeil Die Abweichung von diesem Verhältnis ist für eine massenunabhängige Fraktionierung angezeigt, wenn ein Mangel an schweren Isotopen aufgezeichnet wird. Dies ist das Ergebnis des Einbaus des biologischen Schwefelkreislaufs.
b – Das in dieser Arbeit vorgeschlagene Szenario. Nach diesem Szenario kann eine anomale isotopische Reihe durch vulkanische Aktivität gebildet werden, wenn Emissionen mit einem hohen Gehalt an Schwefeldioxid eine dichte Wolke bilden, wobei die Photolyse in Übereinstimmung mit der Intensität des durch diese Wolke eindringenden Lichts erfolgt. Dieser Pfad wird hier angezeigt. blaue Pfeile. Archaische Daten stimmen gut mit vulkanischen Säureflüssigkeiten überein. Kein mikrobieller Zyklus ist erforderlich.
Von der Synopse zum besprochenen Artikel in Naturgeowissenschaften

Ihr Beweis basiert auf zwei grundlegenden Fakten. Die erste ist die bekannte positive Korrelation zwischen Anomalien. 34S und 33S (siehe Abb. 3). Diese Eigenschaft ist typisch für fast alle Sulfidproben im Archaikum auf allen Kontinenten – genauer gesagt nicht für alle, sondern für jene Mehrheit, die den Gesteinen der basischen und ultrabasischen Zusammensetzung entsprechen (siehe magmatisches Gestein).

Abb. 3 Daten zu Isotopenanomalien von Schwefel in basischen und ultrabasischen Gesteinen. Dies ist eine Zusammenstellung von Informationen über verschiedene Lagerstätten; Daten zu den ältesten Standorten der Dresser- und Barberton-Formationen sind hervorgehoben rot und in grün jeweils. In den Hauptgesteinen gibt es keine Sulfate. Die Korrelation ist offensichtlich positiv. Wie in den vorherigen Figuren, Punkte auf der X-Achseüber massenabhängige Fraktionierung sprechen, abweichend von dieser Achse – über massenunabhängig. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Naturgeowissenschaften

Für saure Gesteine, die nur Sedimente mit Sulfaten enthalten, erwies sich diese Korrelation unerwartet als das Gegenteil. Außerdem, wie die Messungen zeigten, ist es sowohl für Sulfide als auch für Sulfate aus saurem Gestein umgekehrt, Sulfate passen in die extreme Position dieser Korrelationsabhängigkeit (siehe Fig. 4).

Abb. 4 Isotopenverhältnisse von Schwefel in sauren vulkanischen Gesteinen. Daten von verschiedenen australischen Standorten (die Dresser-Formation wird gezeigt) in grün) Südafrika (Barberton Formation wird gezeigt) in rotIndien. Gepunktete Linie Die Autoren zeigten eine angenäherte saure vulkanische Serie im Gegensatz zu der archaischen Serie in der vorherigen Abbildung. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Naturgeowissenschaften

Die positive Korrelation spiegelt die grundlegenden photochemischen Eigenschaften der archaischen Atmosphäre wider, da die Anzeichen dieser Korrelation allgegenwärtig und verbreitet sind. Die negative Korrelation ist mit besonderen und episodischen Zuständen der archaischen Atmosphäre verbunden. Isotopische Daten aus saurem Vulkangestein zeigen die Vermischung von Schwefel aus verschiedenen Quellen: aus den Hauptreservoirs, wo eine massenabhängige Fraktionierung stattfindet, und aus atmosphärischen Quellen, wo eine massenunabhängige Fraktionierung stattfindet. Sulfate passen gut in dieses Schema. Die Autoren betonen, dass einige Eigenschaften von Sulfatdaten (z. B. eine schwache positive Korrelation) 34S und 33S im Einsatz von Abbildung 4) ist wunderbar mit dem Modell mit Mischen von Schwefel aus verschiedenen Schichten der Atmosphäre mit unterschiedlicher Transparenz erläutert. Wenn die Atmosphäre völlig undurchsichtig ist – Emissionen sind sehr dick oder in der Nähe der unteren Schichten der Atmosphäre – bleibt nur die massenabhängige Fraktionierung erhalten. Es wird durch eine horizontale Linie angezeigt. In den höheren Schichten der vulkanischen Emissionswolke herrscht massenunabhängige Fraktionierung.

In diesem Modell mit einem doppelten Satz von sortierten Isotopen von basischen und sauren Gesteinen passen alle verfügbaren Daten des Archaischen – auch solcheDies diente als Grundlage für Urteile über die biologische Fraktionierung von Isotopen. Dies bedeutet erstens, dass es keinen Grund mehr gibt, die Sulfatreduktion als den dominanten Metabolismus im Archaikum zu betrachten. Zweitens müssen diese Urteile über die ältesten Spuren des Lebens, die auf der Schwefelisotopie beruhen, ernsthaft überarbeitet werden. Drittens liegt eine philosophischere Schlußfolgerung nahe, die die allgemeine Ideologie der Werke des ältesten Lebens betrifft. Im Moment beginnt das Studium der archaischen Spuren des Lebens gerade erst, es hat keine so lange Geschichte wie das Studium von Dinosauriern. Dies ist ein neues und schwieriges Gebiet ohne ausgearbeitete Techniken, und hier warten wir nicht nur auf Entdeckungen, sondern auch auf Enttäuschungen.

Eben Rose, eine Expertin für antikes Leben an der Yale University, bemerkte ruhig: "Jeder glaubte an den mikroskopisch kleinen Schoppschen australischen Upper Shale (1987), bis Brazier (2002) nachwies, dass es sich um Überreste hydrothermaler Aktivität handelt. Kollegen (1996), dass es in den ältesten Graphiten Grönlands Spuren von bakterieller Kohlenstoffisotopie gibt, während Fedo und Whitehouse (2002) dies nicht bestritten: Der diskutierte Ort besteht nicht aus Sedimentgesteinen.Und dann versuchten van Zeylen und andere, aber konnten die Ergebnisse von Mojish in der Reihe der Arbeiten nicht wiederholen. Alle glaubten, dass molekulare Biomarker im archaischen und proterozoischen Gestein konserviert werden könnten, und sogar Biomarker wurden für 2,7 Milliarden Jahre auf die Existenz von Eukaryoten hin gefunden (Brocks und Summons, 2000), bis entdeckt wurde, dass die Proben später kontaminiert waren (Rasmussen et al. [einschließlich Brocks], 2007). Alle glaubten, dass S – Isotope die älteste – 3,5 Milliarden Jahre dauernde – Sulfatreduktion anzeigen (Shen et al., 2001), bis Phillipo et al. (2007) zeigten, dass die Sulfat – Reduktion nicht viele Details der Isotopenchronik erklärt in Pyrit – Mikrogranulaten), spielt aber nach wie vor die Reduktion von bakteriellen Sulfaten eine Rolle bei der Sortierung von S – Isotopen. Und nun kehrte Phillipo zu den unerklärlichen Widersprüchen in den Isotopendaten zurück, indem er zusätzliches, aber ähnliches Material verwendete und erklärte, dass die Isotopenanomalien nicht bakteriellen Ursprungs sein könnten. Diese Liste endet nicht, trotz der Tatsache, dass die Existenz der einen oder anderen Installation ungefähr 6 Jahre dauert, und es stellt sich heraus, dass der Erklärte nicht existiert oder völlig falsch ist. "1

All dies bedeutet, dass in dieser Phase der Forschung der ältesten Bio-Wissenschaftler, und insbesondere Journalisten,Es ist wichtiger, die Daten zu interpretieren.

Quellen:
1) Pascal Philippot, Mark van Zuilen, Claire Rollion-Bard. Vulkanische Aktivität // Variationen des atmosphärischen Schwefels Naturgeowissenschaften. 2012 V. 5. P. 668-674.
2) Boswell Flügel. Archaische Biogeochemie: unerwartet abiotisch // Naturgeowissenschaften. 2012 V. 5. P. 598-599.

Elena Naimark


1 Alle glaubten, dass Schopfs Mikrofossilien in Apex Chert (1987) bis Brasier et al (2002) zeigten, dass es sich um hydrothermale Relikte handelt. Es wurde bestätigt, dass es durchgängig in Graphit ausgedrückt wurde, bis es genehmigt und genehmigt wurde. aber konnte die Ergebnisse von Mojszis nicht replizieren. Es wird vermutet, dass Eukaryoten bei ~ 2.7 Ga (Brocks and Summons, 2000) aus den paläoproterozoischen und archaischen Gesteinen erhalten bleiben und dialektisch konserviert werden können (Rasmussen et al. [Inkl. Brocks] 2007). Qua qu qu qu qu (2001 2001 bis Bis Bis Bis Bis Alle Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen) , aber dass solche Signaturen sicher bakterielle S-Disproportionierung anzeigen. Phillippot et al. (Sept. 2012, NatureGeoscience) wurde nun überarbeitet. Die Liste geht weiter


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