Cele mai vechi bacterii arheene nu erau reductoare de sulfat • Elena Naimark • Stiri despre "Elemente" • Geochimie, vulcanologie, microbiologie

Cele mai vechi bacterii arheene nu erau reductoare de sulfat.

Lava Archean roci în Barberton, Africa de Sud; a existat un proiect de perforare a straturilor de barite (Barberton Barite Drilling Project), în timpul căruia au fost obținute date importante despre cea mai veche viață. Imagine de la all-geo.org

O atenție a cititorilor care urmează studiului celor mai vechi urme ale vieții este oferită de un articol de geologi francezi, publicat recent în Natura geologică. Cercetătorii s-au ocupat de fracționarea izotopilor de sulf în cele mai vechi roci ale planetei. Concluziile lor dezaprobă viziunea existentă conform căreia fracționarea izotopilor de sulf are un caracter microbian. Ei demonstrează că, în vremurile arheene, fracționarea cu sulf a avut loc mai ales datorită proceselor fizico-chimice din atmosferă și din ocean.

Oamenii de știință francezi de la Universitatea Paris Diderot și Centrul de Cercetări Petrografice și Geochimice au lansat noi date despre compoziția izotopică a sulfului în cele mai vechi roci arheene din Africa de Sud din Barberton (vezi: Viața Archeană în Centura Greenstone din Barberton), a cărei vârstă este 3,24-3,26 miliarde de ani. Aceste mostre au provenit din nucleele celebrului serial Onverwacht și din seria Fig Tree, care conțin morfo-structuri asemănătoare diferitelor microorganisme.În plus, materialul din zonele arheene cunoscute cu bacterii fosile din Australia de Vest: formațiunile Dresser (Dresser, în vârstă de 3,49 miliarde de ani) și Pilbara (zona Pilbar 3,24 miliarde de ani) și din India: grupul Sargur, 25 de miliarde de ani (vezi articolul despre ea: Rollinson și colab., Contrastul presiunilor înalte și intermediare ale șisturilor arheene Sargur din sudul Indiei, 1981).

Ideologia cercetării asupra compoziției izotopilor de sulf din rocile arheene este în general următoarea. Există un set foarte mare de date privind raportul dintre izotopii de sulf în sulfuri. Aceste date sunt colectate din seriile geologice continue, deoarece sulfurile din roci de atunci sunt larg răspândite – nu este surprinzător, deoarece atmosfera și oceanul planetei au fost lipsite de oxigen liber. Compoziția izotopică a sulfurilor archeanice, conform acestor date, se caracterizează printr-o corelație pozitivă între 34S și 33S: creștere comparativă a izotopului greu 34S este însoțită de o creștere a cantității de izotop ușor 33S. Este clar că și cantitățile de izotopi de sulf se schimbă. Două mecanisme au fost propuse pentru a explica schimbarea compoziției izotopice a sulfului: este dependentă de masă (vezi: Edward D. Young și colab., 2002. Fibra izotopică kinetică și echilibrată în masă). independent (a se vedea fracționarea independentă de masă) fracționarea izotopilor de sulf.

În primul dintre acestea, izotopii sunt sortați în funcție de masa datorită mobilității lor diferite. Balanța izotopilor este supusă unei ordini stricte. În special, pentru sulf 36S, 34S, 33S și 32S a calculat astfel de dependențe: δ33S ≈ 0,5 · δ34S și ​​δ36S ≈ 2 · δ34S. Masa fracționare independentă poate fi, de asemenea, din cauza chimice (cum ar fi fotoliza de oxizi de sulf în atmosferă) sau procese biologice (microbi preferă să lucreze cu izotopi de lumină, astfel încât deșeurile lor de viață sunt facilitate compoziția izotopică). Aceste date care nu se încadrează în schema de fracționare dependentă de masă sunt considerate rezultatul fracțiunii independente de masa. Pentru Archean, fracționarea independentă de masă a determinat apariția straturilor cu un conținut ridicat de izotopi de lumină în sulfuri (vezi figura 1).

Fig. 1. Datele compilate despre izotopul de sulf. pe ordonați pe topul graficului Este dificil să se calculeze indicatorul tip fracțional Δ33S (raportul 33S /32S; atunci când este aproape de zero, fracționarea este considerată dependentă de masă, devierea de la ea indică o fracționare independentă de masă); în graficul inferior de pe axa y δ34S reprezintă raportul 34S /32S.Se poate observa că până acum 2,5 miliarde de ani, fracționarea izotopică activă a avut loc cu o predominare a fracțiunii independente de masă. Aici, datele despre sulfuri și sulfați sunt combinate, dar în sulfații archeieni există o sumă nesemnificativă, astfel încât să nu afecteze imaginea de ansamblu. Imaginea de la revista Farquhar și colab. Constrângeri geologice asupra oxigenului fotosintezei, 2011

Teoria dominantă actuală sugerează că principala cauză a fracțiunii independente de masă este activitatea reducătorilor de sulfat. Ei preferă sulfații cu izotopi ușori, reducându-le și producând sulfuri cu o compoziție izotopică ușoară. Ca urmare, se obține o serie caracteristică izotopică Archean – un raport de izotopi care este foarte specific pentru condițiile fără oxigen. 36S, 34S, 33S și 32S.

În ceea ce privește sulfații, imaginea este diferită. În primul rând, depozitele de sulfat din Archean sunt foarte mici. În condiții anoxice, sulfații au fost rapid reduși, transformându-se în sulf elementar și sulfuri. Astăzi, doar trei episoade sunt cunoscute, când s-au format sulfați (bariți) în Archean. Acestea sunt evenimente care au avut loc în urmă cu 3,5, 3,4 și 3,2 miliarde de ani și se limitează la perioade de erupții vulcanice.Sulfații sunt caracterizați printr-un conținut scăzut de izotopi de lumină. 33S și ​​mare – greu 34S, gama de anomalii (abaterile de la raportul dintre acești izotopi în magma vulcanică, care este precis stabilită și egală pe întreaga planetă și prin urmare este considerată zero în studiile similare) a ambelor izotopi este extrem de îngustă și incomparabilă cu cea a sulfului din sulfuri. În plus, există o corelație inversă între raport 34S și 33S.

Majoritatea oamenilor de știință au fost de acord că această caracteristică ar trebui explicată prin efectul puternic al fracțiunii de sulfuri bacteriene cu masă independentă. Reducătorii de sulfați ai bacteriilor – cei care reduc sulful oxidat la sulful elementar și hidrogenul sulfurat – au fost prelucratedespremajoritatea sulfatilor cu un izotop ușor, lăsând partea cu partea greu practic intactă. Din cele de mai sus rezultă că reductorii de sulfați au lucrat în mări în urmă cu 3,5 miliarde de ani și mai târziu și că acest tip de metabolism bacterian a dominat în Arheana târzie. Deși, desigur, unii oameni de știință și-au exprimat opiniile cu privire la cantitatea foarte redusă de reducere a sulfatului în acest moment (a se vedea, de exemplu, Itay Halevy și colab., 2010, Explicarea înregistrării izotopilor de sulf).

Cu toate acestea, această explicație nu a satisfăcut geologii francezi. Ea sa bazat în principal pe presupuneri și ipoteze consecvente, și aveau nevoie de dovadă. Și le-au primit, dar nu deloc pe cele care ar putea fi presupuse. Cu ajutorul unor date suplimentare și fiabile, au reușit să demonstreze că fracționarea independentă de masă nu a fost furnizată deloc de reductoare de sulfat. Această fracționare sa dovedit a fi asociată cu fotoliza dioxidului de sulf amestecată în proporții diferite cu neutrul materialului din manta în izotop (vezi figura 2).

Fig. 2. Diferite scenarii pentru fracționarea izotopilor de sulf în Archean.
și – scenariu comun. În acest scenariu, dioxidul de sulf a fost eliberat în atmosferă cu gaze vulcanice și a fost supus fotolizei; Deoarece izotopii de lumină reacționează și se descompun mai ușor decât cei grei, se adaugă fracționarea dependentă de masă a izotopilor de sulf. Aceste dependențe sunt relativ stricte, relația dintre 36S,34S,33S și 32S cu ajutorul fracțiunii dependente de masă calculată. Imaginea este tipică pentru raportul arheian al acestor izotopi prezentat oriunde roșu săgeată (Matrice de referință Archaean). Săgeată verde abaterea de la acest raport este indicată pentru fracționarea independentă a masei, atunci când se înregistrează o penurie de izotopi grei. Acesta este rezultatul încorporării ciclului biologic al sulfului.
b – Scenariul propus în această lucrare. Conform acestui scenariu, o serie izotopică anormală poate fi formată ca rezultat al activității vulcanice, când emisiile cu un conținut ridicat de dioxid de sulf formează un nor dens, unde fotoliza are loc în conformitate cu intensitatea luminii care pătrunde prin acest nor. Această cale este prezentată aici. săgeți albastre. Datele arheologice sunt în acord cu fluidele din acidul vulcanic. Nu este necesar un ciclu microbian.
De la sinopsis la articolul discutat în Natura geologică

Dovada lor se bazează pe două fapte fundamentale. Prima este binecunoscuta corelație pozitivă dintre anomalii. 34S și 33S (vezi imaginea 3). Această proprietate este tipică pentru aproape toate probele de sulfuri din Archean pe toate continentele – mai precis, nu pentru toți, ci pentru acea majoritate, care corespunde cu rocile compoziției de bază și ultrabasice (a se vedea rocile igienice).

Fig. 3. Date despre anomaliile izotopilor de sulf în roci de bază și ultrabasice. Aceasta este o compilație de informații privind depozitele diferite; sunt evidențiate date despre cele mai vechi locații ale formațiunilor Dresser și Barberton roșu și în verde respectiv. Nu există sulfați în rocile principale. Corelația este evident pozitivă. Ca și în cifrele anterioare, puncte situate în axa xvorbind despre fracționarea dependentă de masă, care deviază de la această axă – despre independența în masă. Imagine din articol în discuție Natura geologică

Pentru rocile acide, care includ doar sedimente cu sulfați, această corelație sa dovedit a fi opusul în mod neașteptat. Mai mult, măsurătorile au arătat că acestea sunt inversate atât pentru sulfuri, cât și pentru sulfații din rocile acide, sulfații se află în poziția extremă a acestei dependențe de corelație (vezi figura 4).

Fig. 4. Rata izotopică a sulfului în roci vulcanice acide. Se afișează date din diferite locații din Australia (formarea Dresser este afișată în verde) Africa de Sud (Formația Barberton este prezentată în roșu), India. Linia punctată Autorii au arătat o serie de valori acide vulcanice aproximate, spre deosebire de seria Archean din figura precedentă. Imagine din articol în discuție Natura geologică

Corelația pozitivă reflectă proprietățile fotochimice de bază ale atmosferei arheene, deoarece semnele acestei corelații sunt omniprezente și comune. Corelația negativă este asociată cu stările speciale și episodice ale atmosferei arheene. Datele izotopice din rocile vulcanice acide arată amestecul de sulf din diferite surse: din rezervoarele principale, unde are loc fracționarea dependentă de masă, și din surse atmosferice, unde are loc fracționarea independentă de masă. Sulfații se încadrează bine în această schemă. Autorii subliniază faptul că unele proprietăți ale datelor sulfate (de exemplu, o corelație pozitivă slabă 34S și 33S în insetul din figura 4) este explicat minunat folosind modelul cu amestecarea sulfului din diferite straturi ale atmosferei cu transparență diferită. Dacă atmosfera este complet opacă – emisiile sunt foarte groase sau aproape de straturile inferioare ale atmosferei – atunci rămâne doar fracționarea dependentă de masă. Este arătată printr-o linie orizontală. În straturile mai înalte ale norului de emisie vulcanică predomină fracționarea independentă de masă.

În acest model, cu un set dublu de izotopi ordonați de roci de bază și acide, se potrivesc toate datele disponibile ale arhehei – chiar și celecare a servit drept bază pentru judecățile privind fracționarea biologică a izotopilor. Aceasta inseamna, in primul rand, ca acum nu exista nici un motiv sa se considere reducerea sulfatului ca tip dominant al metabolismului in Archean. În al doilea rând, acele judecăți despre cele mai vechi urme ale vieții, bazate pe izotopia de sulf, vor trebui revizuite serios. În al treilea rând, se sugerează o concluzie mai filosofică, care se referă la ideologia generală a lucrărilor în cea mai veche viață. În momentul de față, studiul urmelor arheene ale vieții este doar începutul, nu are o istorie atât de lungă ca studiul, de exemplu, al dinozaurilor. Aceasta este o zonă nouă și dificilă fără tehnici elaborate, iar aici așteptăm nu numai descoperiri, ci și dezamăgiri.

Eben Rose, expert în viața antică de la Universitatea Yale, a spus: "Toți au crezut în schița australiană superioară Schopp (1987), până când Brazier a demonstrat (2002) că acestea sunt rămășițe ale activității hidrotermale. colegii (1996), că în grafiturile cele mai vechi din Groenlanda există urme de izotopi de carbon bacterian, în timp ce Fedo și Whitehouse (2002) nu contestă acest lucru: locația discutată nu este compusă din roci sedimentare.Și apoi van Zeylen și alții au încercat, dar nu au reușit să repete rezultatele lui Mojish în seria de lucrări. Toți au crezut că biomarkerii moleculari ar putea fi conservați în rocile arheene și proterozoice și chiar au fost găsiți biomarkeri indicând existența eucariotelor pentru 2,7 miliarde de ani (Brocks and Summons, 2000), până când s-a descoperit că mostrele au fost ulterior contaminate (Rasmussen et al. [inclusiv Brocks], 2007). Toți au crezut că izotopii S indică cea mai veche reducere a sulfatului de 3,5 miliarde de ani (Shen et al., 2001), până când Phillipo și colegii (2007) au arătat că reducerea sulfatului nu explică multe detalii ale cronologiei izotopice în microgranulele de pirită), dar reducerea bacteriilor cu sulfat a jucat un rol important în sortarea izotopilor S. Și acum Phillipo sa întors la contradicțiile inexplicabile din datele izotopice, folosind materiale suplimentare, dar similare, și a declarat că anomaliile izotopice nu pot fi de origine bacteriană. Această listă nu se încheie, în ciuda faptului că existența uneia sau a altei instalații durează aproximativ 6 ani, și acolo se dovedește că declarația nu există sau este complet gresit ".1

Toate acestea înseamnă că, în această etapă de cercetare, cei mai vechi cercetători biologi, și mai ales jurnaliștii,Este mai important să interpretăm datele.

surse:
1) Pascal Philippot, Mark van Zuilen, Claire Rollion-Bard. Activitatea vulcanică // Variații ale sulfului atmosferic Natura geologică. 2012. V. 5. P. 668-674.
2) Aripa Boswell. Biogeochimia arheologică: în mod neașteptat abiotic // Natura geologică. 2012. V. 5. P. 598-599.

Elena Naimark


1 Toți au crezut microfosiile lui Schopf în Apex Chert (1987) până când Brasier et al (2002) au arătat că acestea erau relicve hidrotermale. Sa confirmat că a fost exprimată în mod constant în grafit, a fost fosfor (1996) până când a fost aprobat și a fost aprobat. dar nu a reușit să reproducă rezultatele lui Mojszis. Se crede că eucariotele la ~ 2.7 Ga (Brocks and Summons, 2000) pot fi conservate din rocile paleoproterozoice și arheene și pot fi conservate dialectic (Rasmussen et al., Inclusiv Brocks 2007). 3.5 Ga qu qu qu qu qu (2001 2001 până în până în până până când până până până când până când toată lumea Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen) , dar că astfel de semnături indică cu exactitate S-disproporționarea bacteriană. Phillippot și colaboratorii (septembrie 2012, NatureGeoscience) au fost revizuiți acum. Lista continuă


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: