Die ältesten Spuren von Eukaryoten und Cyanobakterien auf der Erde werden als späte Verschmutzung anerkannt. • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Geowissenschaften, Paläontologie

Die ältesten Spuren von Eukaryoten und Cyanobakterien auf der Erde werden als späte Verschmutzung anerkannt.

Spiralgrypania, makroskopische Kohlenstoffbänder aus der Negawney-Formation (USA, Michigan), sind wahrscheinlich die ältesten eukaryotischen Organismen auf der Erde. Fotos von www.peripatus.gen.nz

Die ältesten Spuren von Eukaryoten und Cyanobakterien auf der Erde sind Biomarker, die aus westaustralischem Schiefer mit einem Alter von 2,7 Milliarden Jahren isoliert wurden. Die unbestreitbaren paläontologischen Funde von Cyanobakterien und Eukaryoten sind 2,15 bzw. 1,8 Milliarden Jahre alt. Ein Punkt von 2,4 Milliarden Jahren befindet sich zwischen diesen beiden Landmarken und markiert die Bildung einer Sauerstoffatmosphäre und Hydrosphäre. Die gleichzeitige Existenz von Sauerstoffproduzenten und reduzierender (sauerstofffreier) Atmosphäre für mindestens 300 Millionen Jahre war eine ernste Frage für Wissenschaftler. Australische Wissenschaftler überprüften mit Hilfe neuester Geräte die Gesteine ​​mit den ältesten Biomarkern, die diese Frage ausgelöst haben. Der Vergleich von Mikroben aus Kohlenwasserstoffen führte zu der Schlussfolgerung, dass diese Biomarker jüngeren Datums sind und nach Abkühlung in archaische Gesteine ​​gelangen.

Im Jahr 1999 veröffentlichten australische Wissenschaftler in der Zeitschrift Wissenschaft Ergebnisse der Untersuchung des Archean Shale in Australien.Der Ort, aus dem die Proben stammten – Western Australia, der Pilbara-Kraton, die Jerin-Formation (Jeerinah) – wurde sofort unter den Paläontologen bekannt. Biomarker (organische Moleküle, die den Metabolismus einer bestimmten Gruppe von Tieren oder Pflanzen anzeigen; siehe auch Biosignatur), Hopanoid- und Sterankohlenwasserstoffmoleküle wurden aus diesen Schiefer isoliert. Gopane (2a-Methylgopane) werden in keinem anderen Organismus als Cyanobakterien gefunden, und die Vorläufer von Steranen charakterisieren ausschließlich Eukaryoten. Da der Schiefer der Jerin-Formation 2,69 Milliarden Jahre alt ist, datieren die nachgewiesenen Biomarker das Auftreten von Eukaryoten und Cyanobakterien genau in diesem Alter.

So wurde die Datierung von 2,7 Milliarden Jahren von Wissenschaftlern als der älteste Beweis für die Existenz von Eukaryoten und Cyanobakterien auf dem Planeten akzeptiert. Das Vorhandensein von photosynthetischen Cyanobakterien ließ zu diesem Zeitpunkt auch die Bildung einer Sauerstoffatmosphäre vermuten. Indirekt wurde dies durch das Erscheinen von eukaryotischen Organismen an dieser Windung angezeigt: Alle eukaryotischen Organismen verwenden ausnahmslos Sauerstoff zur Atmung.

Die gefundenen Biomarker mit einem Alter von 2,7 Milliarden Jahren altern sowohl Eukaryoten als auch Cyanobakterien ernsthaft.Wissenschaftler haben unbestritten paläontologische Reste von Eukaryoten (Acritarchen) mit einem Alter von 1,68-1,78 Milliarden Jahren und Cyanobakterien mit einem Alter von 2,15 Milliarden Jahren. Viele unabhängige geochemische Daten weisen auf die Bildung einer Sauerstoffatmosphäre nach 2,4 Milliarden Jahren hin. Es ergibt sich eine beeindruckende Lücke von mindestens 300 Millionen Jahren zwischen den Daten der Paläontologie und Geochemie einerseits und der Biomarker-Datierung andererseits. Warum hat sich Sauerstoff in der Atmosphäre und im Wasser nicht angereichert, wenn Cyanobakterien funktionieren? Wo könnte es für 300 Millionen Jahre gelagert werden und welche geochemischen Anzeichen könnten auf dieses Endlager hindeuten? Seit fast zehn Jahren versuchen Wissenschaftler, diese Fragen zu beantworten.

Unterdessen setzte eine Gruppe von Wissenschaftlern der australischen Carten University of Technology in Bentley, der Australian National University in Canberra und der Western Australian University in Crowley, unter der Leitung von Jochen J. Brocks, Autor von 2,7 Milliarden Jahren, die Erforschung der archaischen Schiefer aus dem Pilbar-Kraton fort. Seit dieser Zeit wurde die Forschungstechnik erheblich verbessert. Nun stehen Wissenschaftlern moderne Geräte zur Verfügung – der Ionenmikrosonde NanoSIMS 50 von Cameca.Mit dieser Mikrosonde können Sie die Oberfläche der Probe mit einer Auflösung von bis zu 50 Nanometern scannen und die Menge an Kohlenstoffisotopen direkt im Dünnschliff messen, ohne lösliche Fraktionen von Kohlenwasserstoffen zu emittieren. So haben Wissenschaftler ein Bild von der Verteilung von Isotopen in Schieferproben erhalten. Aufgrund der hohen Auflösung konnten Kohlenstoffisotopenverhältnisse geschätzt werden 12C /13С in organischer Matrix (Hintergrund organisch) von Schiefer – Kerogen und Teilchen von Pyrobitumen (Kerogen und Pyrobituma sind das Produkt der Zersetzung und Umwandlung von toter organischer Substanz).

Es war bekannt, dass in den spätarchaischen Gesteinen die Isotopenzusammensetzung von organischem Kohlenstoff einzigartig ist. In der löslichen Kohlenwasserstofffraktion schwerer Isotope 13Mit relativ vielen: δ Indikator13C reicht von -29 bis -26 ‰. (Der relative Gehalt an schwerem Kohlenstoffisotop 13C wird berechnet durch die Formel: δ13C = 1000 {[(13C /12C) Probe / (13C /12C) Standard] – 1}. Eine negative Zahl wird erhalten, wenn das Verhältnis in der Probe ist 13C /12C ist weniger als in der Neuzeit, und diese Zahl ist umso kleiner, je mehr in der Probe des leichten Kohlenstoffisotops 12C.) In Kerogen – der unlöslichen Fraktion der Kohlenwasserstoffe – ist die isotopische Zusammensetzung wesentlich aufgehellt: der Indikator δ13Mit <-39 ‰. Relativ großer Anteil an leichten Isotopen 12C in Kerogen ist charakteristisch für alle spätarchaischen Rassen. Diese Eigenschaft ist mit der Aktivität von methanotrophen Bakterien verbunden. Methanotrophe produzieren sehr leichte organische Stoffe mit einem Isotopenverhältnis δ13Von -42 bis -85 ‰. In den späteren (phanerozoischen) Gesteinen ist das Bild meist umgekehrt, dh im Kerogen sind schwere Isotope meist etwas größer als in löslichen Schieferkohlenwasserstoffen. Das Geheimnis der ältesten Biomarker war, dass ihre isotopische Zusammensetzung nicht diese einzigartige "Signatur" von Archean enthielt – eine leichte Isotopenzusammensetzung.

Dieses Rätsel könnte zwei Lösungen haben. Erstens, um die veränderte Isotopenzusammensetzung als Folge von Erhitzung und anderen metamorphen Transformationen von Kerogen zu erkennen. Zweitens, um die Biomarker später gefunden Verschmutzung zu erkennen. Wenn wir die erste Erklärung akzeptieren (wie es im Jahr 1999 gemacht wurde, als die älteste Datierung veröffentlicht wurde), sollte diese Signatur auch von anderen Produkten der thermischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen gelöscht werden. Solche thermisch modifizierten Produkte sind Pyrobitumen. Es stellte sich jedoch heraus, dass sie in ihrer Isotopenzusammensetzung vollständig dem einzigartigen spätarchaischen "Standard" entsprechen.Also, es ist notwendig, das Recht zu erkennen, obwohl es sehr enttäuschend ist, die zweite Erklärung: Biomarker in den spätarchaischen Gesteinen sind Verschmutzung durch jüngere Öle.

Diese traurige Schlussfolgerung wird durch petrologische Studien bestätigt. In dünnen Abschnitten stechen die Adern hervor, die organischen Kohlenstoff enthalten, durch den offenbar das verarbeitete organische Material durch Muttergestein transportiert wurde.

Datierung der ältesten biotischen Ereignisse. Fragezeichen markierte kontroverse Ergebnisse und Interpretationen. Schema des Artikels zur Diskussion in Natur Woodward W. Fischer mit geringfügigen Anpassungen am Artikel von Sergeev und anderen. "Die wichtigsten Phasen der Entwicklung der organischen Welt: Kommunikation 1. Archaea und das frühe Proterozoikum" // // Stratigraphie und geologische Korrelation. 2007. T. 15. Vol. 2. S. 25-46

Welche Fakten haben Wissenschaftler neben Biomarkern in den frühen Spuren von Cyanobakterien und Eukaryoten? In Westaustralien wurden in der Fortescue-Serie (im Alter von 2,76-2,63 Milliarden Jahren) im Süden des Pilbara-Kratons vertikal ausgerichtete Abgüsse dünner Filamente gefunden. Es könnte mit gleicher Wahrscheinlichkeit und Cyanobakterien und Schwefelbakterien sein. In Südafrika, in den transvaal superserien (2,52-2,51 Milliarden Jahre alt), gibt es große, breite, unverzweigte Hüllen (Reste von Polysaccharidschalen) und Kokken.Die Interpretation dieser Fossilien ist mehrdeutig: Entweder handelt es sich um Cyanobakterien oder Pseudofossilien (Mineralformationen, die wie die Überreste von Lebewesen aussehen; wenn es um Mikron- oder sogar Nanoebene geht, ist es oft unmöglich zu sagen, ob es sich um echte Mineralien oder Täuschungen handelt; Übrigens ist damit auch die Ungewissheit der Erkennung von "Bakterien" des Mars verbunden. Auf dem Baltischen Schild (2,3-2,06 Milliarden Jahre alt) wurden Reste von cyanobakteriellen Filamenten und möglicherweise Eukaryoten gefunden. In der Krivoy-Rog-Serie in der Ukraine (2,5-2,0 Milliarden Jahre) – Cyanobakterien und wahrscheinlich Eukaryoten. In Kanada, in der Belcher Super Series (Alter 2-1,96 Milliarden Jahre), auf den Belcher Inseln in der Hudson Bay, gibt es eine vielfältige Flora von Cyanobakterien. USA, Minnomini-Serie, Negawney Formation (1,87 Milliarden Jahre alt), aus der Region Lake Superior, sind niedere eukaryotische Algen. Sibirien, Udokan-Serie (Alter 2,18-1,87 Milliarden Jahre) – Udokania Seetang (Udokania).

Das kürzlich beschriebene Pechengia (Pechengia) aus den Kola-Gesteinen von 2,1 Milliarden Jahren wurde von den Autoren der Entdeckung A. Yu. Rozanov und MM Astaf'eva als eukaryotischer Organismus aus der Gruppe der Grünalgen erkannt. Die Grundlage, um Pechengia nuklearen Organismen zuzuordnen, war das Auftreten von Teilen der Doppelzellmembran in einigen Bildern.Und dies ist immer noch ein Zeichen für eukaryotische Organismen. Wenn das so ist, dann wird das Pechengia der älteste fossile Beweis für das eukaryotische Leben auf dem Planeten sein. Aber es gibt Befürchtungen, dass die Doppelmembran in diesem Fall einfach eine Spaltung einer zerknitterten Einzelmembran sein könnte. Während Experten Angst haben, das Pechengia bedingungsloses Urteil zu machen.

Neben paläontologischen Funden gibt es auch Informationen über archaische Biomarker von Eukaryoten und Cyanobakterien, zum Beispiel in Kanada, in 2,45 Milliarden Jahre alten Gesteinen.

Wie wir sehen können, legen unbestreitbare Daten das Auftreten von Cyanobakterien vor 2,3-2,0 Milliarden Jahren und Eukaryoten vor 1,8 Milliarden Jahren nahe. Diese Daten beschreiben das folgende Szenario. Bis zu 2,4 Milliarden Jahre alten, anaeroben Bakterien entwickelt auf der Erde, darunter eine große Anzahl von anaeroben Methanotrophen. Aufgrund ihrer Aktivität in Gesteinen wurde organisches Material von Kerogen durch Kohlenstoffisotope und in der Atmosphäre – Treibhausgase – aufgehellt. Als Ergebnis wurde in der späten archaischen Zeit der Treibhauseffekt auf dem Planeten aufrechterhalten. Cyanobakterien entstanden direkt vor der 2,4 Milliarden Jahre Grenze. Ihre Entwicklung führte zur Bildung einer oxidierenden Atmosphäre und zur Hemmung von Methanotrophen. Die Konzentration von Treibhausgasen ist stark gesunken und die Abkühlung hat begonnen.Und danach trat der Planet in eine lang anhaltende, sogenannte Huronische Vereisung ein (siehe Huronische Vereisung).

Jedenfalls sind die Wissenschaftler zu den gleichen Daten in der Evolution zurückgekehrt – 2,4 Milliarden (Bildung der Sauerstoffatmosphäre und Hydrosphäre), 2,15 Milliarden (Funde der ersten Cyanobakterien) und 1,8 Milliarden Jahre (Funde der ersten Eukaryoten). In dieser Hinsicht ist es notwendig, die molekularen Stunden der Evolution neu zu konfigurieren, in denen die Erscheinungszeit von Eukaryoten und Cyanobakterien auf 2,7 Milliarden Jahre festgelegt ist.

Quellen:
1) Birger Rasmussen, Ian R. Fletcher, Jochen J. Brocks, Matt R. Kilburn. Neubewertung des ersten Auftretens von Eukaryoten und Cyanobakterien // Natur. V. 455, S. 1101-1104 (23. Oktober 2008); doi: 10.1038 / nature07381.
2) Woodward W. Fischer. Biogeochemie: Leben vor dem Aufstieg von Sauerstoff // Natur. V. 455. P. 1051-1052 (23. Oktober 2008); doi: 10.1038 / 4551051a. Online veröffentlicht am 22. Oktober 2008

Elena Naimark


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