ЖЕЛЕЗО СКАЛЬНЫХ ПОРОД МОЖЕТ ИМЕТЬ БАКТЕРИАЛЬНУЮ ПРИРОДУ

ЖЕЛЕЗО СКАЛЬНЫХ ПОРОД МОЖЕТ ИМЕТЬ БАКТЕРИАЛЬНУЮ ПРИРОДУ

Исследователи из США продемонстрировали, что древние бактерии могли сыграть важную роль в формировании залежей железа, обнаруженных в скальных образованиях.

Результаты этого исследования оспаривают широко известную точку зрения о том, что единственным источником для поступления железа в эти породы были подобные жерлам вулканов вертикальные колодцы в земной коре, и позволяют предположить, что обмен железа играл важную роль для начальных периодов развития жизни на Земле.

Полосовые образования железа [Banded iron formations (BIF)] представляют собой осадочные скальные породы, содержащие повторяющиеся слои окрашенных оксидов железа и сформировавшиеся в океанах в период между 4,6 миллиардов и 540 миллионов лет тому назад. То, как железо попало в эти породы, до сих пор является предметом споров. Наиболее распространенная модель предполагает, что источником железа в таких отложениях послужили растворимые формы железа(II), выбрасываемые гидротермальными источниками на дне океана.

Эта точка зрения подтверждается изотопным распределением ряда редких элементов в BIF. Так, например, изотопный состав европия в этих породах соответствует изотопному составу европия, источником которого являются гидротермальные источники. Однако эта модель не может объяснить значительные вариации в изотопном составе самого железа, поэтому ряд исследователей высказывали предположение, что железо в таких осадочных породах могло быть переработано в результате процессов обмена веществ в бактериях и попало в мировой океан с речными водами.

Изотопный анализ позволяет предположить, что часть железа в скальных образованиях была переработана бактериями 2,5 миллиарда лет назад.(Фото: © Clark Johnson)

Один из авторов нового исследования, Вейцзян Ли (Weiqiang Li), отмечает, что первоначально у него и его научного руководителя были различные взгляды на то, как можно интерпретировать данные об изотопном составе железа. Ли подчеркивает, что сам он был консервативен и не принимал «биологическую версию», полагая, что можно найти альтернативные варианты объяснения. Для более детального исследования Ли с коллегами решил измерить и изотопный состав неодима (содержание различных изотопов в этом элементе зависит от его геологического происхождения).

Комбинация данных по изотопному распределению железо-неодим позволила выделить две группы коррелирующих друг с другом наборов изотопов – соотношение изотопов в одной группе хорошо согласовывалось с гидротермальными источниками, а другая группа – с континентальными реками. Ли отмечает, что включение в геологию полосовых формирований железа биологического механизма (железа, которое было переработано бактериями и поступало в осадочные породы по континентальным рекам) позволяет довольно неплохо объяснить все наблюдаемые геологические сигнатуры, что ранее было практически невозможно.

Как говорит Ли, результаты исследования позволяют говорить о большем понимании роли железа в древней биологической истории Земли – он говорит, что около 2,5 миллиардов лет назад соединения железа могли играть такую же роль для энергетического обмена живых систем, какую сейчас играют производные углерода и в первую очередь глюкоза.

Андреас Капплер (Andreas Kappler) из Университета Тюбингена (Германия) высоко оценивает результаты работы Ли, заявляя, что статья Ли убедительно демонстрирует существование активного биогеохимического цикла на древней Земле, добавляя, что нам следует рассматривать бактериальное восстановление Fe(III) как важную часть обмена веществ, вовлеченную в образование скальных пород BIF.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015, DOI: 10.1073/pnas.1505515112