Древнейший живой ландшафт Земли обнаружен в кернах горных пород Южной Африки

Под горами Барбертон-Махонджва, где проходила первая золотая лихорадка Южной Африки, скрывается нечто более ценное с научной точки зрения, чем любой драгоценный металл: Первая наземная экосистема Земли, запертая в 3,2-миллиарднолетней горной породе под названием Группа Мудис. В просеках и шахтах ученые уже видели окаменелые остатки слизистых микробных матов, которые, как считается, покрывали древние реки, пляжи и эстуарии. Теперь они впервые бурят местность, извлекая свежие образцы того, что, возможно, было первыми на Земле микроорганизмами, производившими кислород.

"Очень удачно, что есть такие древние места", - говорит Таня Босак, геобиолог из Массачусетского технологического института, не имеющая отношения к проекту. Хотя более древние признаки жизни были обнаружены в Южной Африке, Австралии и, возможно, в Гренландии в тех местах, которые когда-то были океаническими отложениями, ни в одном другом месте первобытная жизнь на суше не зафиксирована так убедительно, говорит она. "Это охватывает не совсем понятный период в истории Земли".

Когда образовалась группа Мудис, Земля была почти неузнаваема. Ее атмосфера, богатая метаном и углекислым газом, но почти лишенная кислорода, поддерживала тепло на планете, пока Солнце было молодым и слабым. Земли было мало, потому что тектоника плит - процесс образования континентов - только начинался. Однако тут и там вулканические архипелаги, такие как группа Мудиса, пронзали воды. Пляжи, окольцовывающие вулканы, были бы идеальным местом для развития и распространения жизни, говорит Кристоф Хойбек, геолог-осадочник из Йенского университета имени Фридриха Шиллера. Он руководит проектом Barberton Archaean Surface Environments (BASE) стоимостью 2 миллиона долларов, который планирует завершить бурение восьмого и последнего керна в следующем месяце.

Керны, которые команда уже извлекла из залежей на глубине 200 метров, богаты окаменевшей слизью. "Мы пробурили сотни метров", - говорит Хойбек. Однако их природа остается загадкой.

Другие древние микробные окаменелости в группе Moodies, найденные в морских и подповерхностных отложениях, вероятно, питались сульфатами или использовали примитивную форму фотосинтеза для питания железом. Но эти метаболические пути не могли хорошо работать в пропитанных солнцем мелких водах, в которых жили слизевики. Хойбек считает, что эти микробы были ранними предками цианобактерий, которые примерно 800 миллионов лет спустя наполнили атмосферу кислородом в ходе так называемого Великого окислительного события. "Производство кислорода, по-видимому, является процессом, изобретенным в начале истории Земли", - говорит он.

Это спорное утверждение. Если бы фотосинтез, вырабатывающий кислород, развился так рано, утверждают некоторые исследователи, то Великое событие окисления последовало бы незамедлительно. Однако доказательств существования ранних "кислородных оазисов" становится все больше. Геохимики обнаружили минеральные отложения, образовавшиеся задолго до Великого окислительного события, для формирования которых был необходим кислород. А генетический анализ цианобактерий показывает, что они развивались на суше примерно в то же время, что и Moodies Group, говорит Патрисия Санчес-Баракальдо, палеобиолог из Бристольского университета, не связанная с BASE. "Геномные записи независимы и согласуются с идеей, что это были ранние предки цианобактерий".

Хойбек и его коллеги надеются, что свежие, неизмененные микробные маты в кернах дадут решающие доказательства: геохимические следы производства кислорода, которые отсутствовали в предыдущих, открытых образцах. Эти поиски начнутся в конце этого года, когда команда начнет изучать половину кернов на "отборе проб" в Германии; другая половина останется в Южной Африке в качестве архива.

Керны могут содержать и другие научные сокровища. В 2010 году Эммануэль Жаво, астробиолог из Льежского университета, сообщил о том, что в глинистых породах, добытых на золотом руднике в группе Муди, были обнаружены сферические ископаемые микроорганизмы диаметром до 300 микрометров, что в сотни раз превышает размер обычной бактерии. Некоторые полагали, что эти микроорганизмы являются древнейшими в мире эукариотами - организмами со сложными клетками, похожими на наши собственные, на 1 миллиард лет, но подтверждение оказалось неубедительным. Жаво надеется, что керны BASE позволят обнаружить те же окаменелости в лучшем состоянии. "Теперь нам просто нужно их найти", - говорит она.

Керны BASE также могут содержать подсказки о климате того древнего ландшафта. Один керн содержит то, что кажется литифицированными слоями почвы, которые могут отражать показатели состава атмосферы. Морские сланцы могут отражать процесс эрозии вулканического базальта островов. Откололся ли он кусками, как это происходит в современной Арктике, или был размолот на куски, как в тропическом климате, это может дать представление о древних температурах. Другие образцы запечатлели переплетение слоев песка и грязи, собранных древними приливами. В то время Луна была гораздо ближе к Земле, и по приливам можно определить ее расстояние.

Ядра также должны содержать записи ударов молний, которые создают сильные магнитные поля, отпечатывающиеся на камнях. Молния могла обеспечить древнюю экосистему ключевым питательным веществом, расщепляя прочные молекулярные связи атмосферного азота, позволяя атомам образовывать соединения, от которых зависит жизнь. Поскольку микробов, которые сегодня расщепляют азот, было мало, а то и вовсе не существовало, одна только частота ударов могла бы показать, сколько этого важного питательного вещества поступало на поверхность. "Этот поток азота потенциально является основным компонентом биосферы того времени", - говорит Роджер Фу, ученый-планетолог из Гарвардского университета.

Во многих отношениях керны группы Moodies готовят геологов к предстоящей работе, когда образцы пород будут возвращены с другой местности, возраст которой составляет 3 миллиарда лет, - с поверхности Марса. В конце этого месяца марсоход НАСА Perseverance достигнет дельты окаменевшей реки и начнет бурение кернов. Если, как мы надеемся, будущие марсианские миссии вернут эти керны на Землю, то лабораторные методы, использованные на кернах BASE, пригодятся, говорит Босак. "Глядя на эти хорошо сохранившиеся отложения на Земле, мы узнаем, каким будет идеальный случай на Марсе".