История жизни

<- Глава 2 Глава 4 ->

Часть 3. Криптозой

 

    Глава 3. Бактериальный мат — древнейшая экосистема

Кажется, Вернадский В.И. был первым, кто пришел к заключению, что образование даже самых древних осадочных происходило уже с участием живых организмов (биосфера геологически вечна). И он же сказал, что  «первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-либо организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни». То есть жизнь существует только в виде экологической системы, в которой различные организмы и виды организмов не только конкурируют, но и зависят друг от друга.

Замечательным примером эффективной экосистемы являются бактериальные маты, возникшие по крайней мере 3,5 млрд лет назад и дожившие до наших дней.

Для древних осадочных толщ чрезвычайно характерны строматолиты (по‑гречески – «каменный ковер») – тонкослойчатые колонны или холмики, состоящие главным образом из карбоната кальция.

Происхождение их оставалось совершенно неясным до тридцатых годов 20-го века, когда в заливе Шарк-Бэй в западной Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов были найдены небольшие рифовые постройки неизвестного ранее типа – плосковершинные известковые «бочки» диаметром 1‑1,5 м, при внимательном рассмотрении оказавшиеся современными строматолитами. Выяснилось, что строматолит образуется в результате жизнедеятельности совершенно ни на что не похожего прокариотного сообщества, назвываемого цианобактериальным матом. Маты существуют во многих районах мира, однако настоящие строматолиты они образуют довольно редко.

Строматолиты Австралии

Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого им строматолита, представляет собой плотный многослойный «ковер» общей толщиной до 2 см. Внутри мата легко различимы несколько функциональных слоев:

  1. Плотный верхний слой – поверхность роста (1‑1,5 мм), в котором есть и автотрофы – продуцирующие кислород цианобактерии‑фотосинтетики, и аэробные гетеротрофы.
  2. Тонкая (менее 1 мм) подкладка; в ней автотрофами служат бактерии, осуществляющие некислородный фотосинтез. Гетеротрофами же служат факультативные аэробы, которые могут использовать кислород, но в его отсутствие способны удовлетворять свои потребности в энергии не дыханием, а брожением.
  3. Ниже лежит толстая бескислородная зона, в которой процветают разнообразные анаэробы: для них молекулярный кислород не нужен или даже является ядом.

На поверхность обитающего на мелководье мата постоянно выпадают частички осадка (обычно – кристаллы карбоната кальция), которые затемняют его и должны постепенно ухудшать условия фотосинтеза – вплоть до неизбежной гибели фотосинтетиков. От катастрофы эти микрорганизмы спасает положительный фототаксис: по мере того, как интенсивность света падает, они мигрируют вверх сквозь накапливающийся слой осадка, образуя выше него новую поверхность роста с подкладкой.

Оказавшиеся таким образом внутри бескислородной зоны мата осадки структурируются и слой за слоем наращивают верхнюю поверхность строматолита; измерения показали, что современные строматолиты прирастают со скоростью около 0,3 мм/год. Следует подчеркнуть, что вещество, из которого построен строматолит, не создается матом – последний лишь структурирует естественное осадконакопление. Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что карбонатный тип осадконакопления в море наиболее обычен, однако в иных гидрохимических условиях формируются строматолиты фосфатные, кремнезёмовые, железистые, и пр.

В мате ничто не пропадает — даже энергия солнечного света (понятное дело, в рамках суммарного КПД фотосинтеза, составляющего около 10%). Фотосинтезирующие бактерии подкладки имеют пигменты, позволяющие им поглощать свет из иной части спектра, чем их «коллеги»‑цианобактерии из вышележащего слоя. Таким образом, поверхность роста становится для жителей подкладки как бы прозрачной, что позволяет использовать всю поступающую световую энергию. Более того, поскольку солнечный спектр меняется в течении дня (покраснение Солнца на восходе и закате), для улучшения использования энергии в мате происходят упорядоченные вертикальные миграции – смена горизонтов, занимаемых бактериями с разными типами пигментов.

Измерения показали, что трехслойный бактериальный мат является одной из самых сбалансированных экосистем: он производит ровно столько органики и кислорода, сколько тут же расходует в процессе своей жизнедеятельности (нулевой баланс). Подобный уровень сбалансированности достигнут только в современном тропическом лесе.

Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой. Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще. Из этого следует, что и протерозойские микробные маты были не в пример сложнее современных.

Это позволяет сделать следующий вывод: уровень интеграции, достигнутый составляющими мат микроорганизмами, превосходит уровень, наблюдаемый в обычных экосистемах, и как минимум не уступает тому, что наблюдается у лишайников (которые представляют собой симбиоз грибов и водорослей). И уж коль скоро мы считаем организмами лишайники, то такое определение с полным основанием можно отнести и к мату. А поскольку следы жизнедеятельности матов – строматолиты – достоверно появляются в геологической летописи в самых древнейших осадочных формациях возрастом 3,5‑3,4 млрд лет, то приходится признать следующее. Жизнь, похоже, появляется на Земле сразу в виде экосистемы, целостность которой вполне сопоставима с целостностью многоклеточного организма. Существование в природе такой замечательной формы организации, как мат (которая существует без особых изменений как минимум 3,5 млрд лет), позволяет по-иному взглянуть и на так и не возникшую у прокариот многоклеточность: а, собственно говоря, нужна ли она им?

Кроме бактериальных матов все это время существовали, разумеется, и планктонные экосистемы. Первые одиночные планктонные организмы появляются в палеонтологической летописи 3,5 млрд лет назад – одновременно со строматолитами.

<- Глава 2 Глава 4 ->

 

 

Понравилась статья? Поделись с друзьями.

Оставить комментарий

94 − = 91