Bakteria archaean tertua bukan pengurangan sulfat • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Geokimia, Vulkanologi, Mikrobiologi

Bakteria archaean tertua bukan pengurangan sulfat.

Batu Lava Archean di Barberton, Afrika Selatan; terdapat satu projek untuk menggerudi lapisan barite (Barberton Barite Drilling Project), di mana data penting mengenai kehidupan yang paling kuno diperolehi. Imej dari all-geo.org

Perhatian pembaca yang mengikuti penyelidikan jejak kehidupan yang paling purba ditawarkan artikel oleh ahli geologi Perancis, diterbitkan baru-baru ini dalam Geosains alam. Para penyelidik membincangkan fraksionasi isotop sulfur di batuan tertua planet ini. Kesimpulan mereka membuktikan pandangan sedia ada bahawa fraksionasi isotop belerang adalah bersifat mikrob. Mereka membuktikan bahawa pada zaman Archean pecahan sulfur berlaku kebanyakannya disebabkan oleh proses fizikokimia di atmosfera dan lautan.

Saintis Perancis dari Universiti Paris Diderot (aka Paris VII University) dan Pusat Penyelidikan Petrographic dan Geokimia melancarkan data baru mengenai komposisi isotop daripada sulfur di batu-batu Archean tertua Afrika Selatan di Barberton (lihat: Kehidupan Archean di Barberton Greenstone Belt), yang umurnya 3.24-3.26 bilion tahun. Sampel ini berasal dari teras Siri Onverwacht yang terkenal dan siri Fig Tree, yang mengandungi morphostructures yang menyerupai pelbagai mikroorganisma.Selain itu, bahan dari tapak Archean yang diketahui dengan bakteria fosil dari Australia Barat: Former Dresser (Dresser, 3.49 bilion tahun) dan Pilbara (Pilbara area, 3.24 bilion tahun) dan dari India: Kelompok Sargur, 3, 25 bilion tahun (lihat artikel tentang beliau: Rollinson et al. Mengawal tekanan tinggi dan perantaraan Schae Archaean Sargur dari selatan India, 1981).

Ideologi penyelidikan mengenai komposisi isotop belerang dari batu Archean biasanya adalah berikut. Terdapat satu set data yang sangat besar mengenai nisbah isotop sulfur dalam sulfida. Data-data ini dikumpulkan dari siri geologi yang berterusan, kerana sulfida di batu pada masa itu tersebar luas – tidak menghairankan, kerana atmosfera dan lautan planet itu telah kehilangan oksigen bebas. Komposisi isotop dari Archean sulphides, menurut data ini, dicirikan oleh korelasi positif antara 34S dan 33S: peningkatan perbandingan isotop berat 34S diiringi oleh peningkatan jumlah isotop cahaya 33S. Adalah jelas bahawa kuantiti isotop sulfur lain juga beralih. Dua mekanisme telah dicadangkan untuk menjelaskan pergeseran komposisi isotop dari sulfur: ia adalah bergantung kepada massa (lihat kajian: Edward D. Young et al., 2002. Fraksi isotop yang bergantung kepada massa kinetik dan keseimbangan). bebas (lihat pecahan bebas Massa) fraksinasi isotop belerang.

Pada yang pertama, isotop-isotan disusun mengikut massa disebabkan oleh pergerakan yang berbeza. Baki isotop adalah tertakluk kepada perintah yang ketat. Khususnya, untuk sulfur 36S, 34S, 33S dan 32S menghitung kebergantungan seperti: δ33S ≈ 0.5 · δ34S dan δ36S ≈ 2 · δ34S. Pengecualian bebas massa boleh berlaku kerana kimia (contohnya, fotolisis oksida sulfur di atmosfera) atau proses biologi (mikrob lebih suka bekerja dengan isotop cahaya, oleh itu produk sisa mereka mempunyai komposisi isotop ringan). Data-data yang tidak sesuai dengan skema pecahan yang bergantung kepada massa dianggap sebagai hasil fraksinasi bebas massa. Bagi Archean, fraksinasi bebas massa menyebabkan penampilan lapisan dengan kandungan isotop cahaya yang tinggi dalam sulfida (lihat Rajah 1).

Rajah. 1. Data yang dikumpulkan mengenai isotop sulfur. Oleh menyelaras di carta teratas Sulit untuk mengira penunjuk jenis pecahan Δ33S (nisbah 33S /32S; apabila ia hampir kepada sifar, fraksionasi dianggap bergantung kepada jisim, penyimpangan daripadanya menunjukkan fraksionasi bebas massa); dalam graf bawah pada paksi-y δ34S menunjukkan nisbah 34S /32S.Dapat dilihat bahawa hingga 2.5 bilion tahun yang lalu, penguraian isotop aktif terjadi dengan penguasaan pecahan bebas massa. Data mengenai sulfida dan sulfat digabungkan di sini, tetapi di Archean dari sulfat terdapat jumlah yang tidak penting, supaya mereka tidak menjejaskan gambaran keseluruhan. Imej dari ulasan oleh Farquhar et al. Kekangan geologi terhadap oksigen fotosintesis, 2011

Teori yang kini dominan menunjukkan bahawa penyebab utama fraksinasi bebas massa adalah aktiviti pengurangan sulfat. Mereka lebih suka sulfat dengan isotop cahaya, mengurangkannya dan menghasilkan sulfida dengan komposisi isotop ringan. Akibatnya, satu siri isotop siri Archean diperoleh – nisbah isotop yang sangat khusus untuk keadaan bebas oksigen. 36S, 34S, 33S dan 32S.

Bagi sulfat, gambar itu berbeza. Pertama, deposit sulfat di Archean sangat kecil. Di bawah keadaan anoksik, sulfat dikurangkan dengan cepat, berubah menjadi sulfur unsur dan sulfida. Hari ini, hanya tiga episod diketahui, apabila sulfat (barit) terbentuk di Archean. Ini adalah peristiwa yang berlaku 3.5, 3.4 dan 3.2 bilion tahun yang lalu, dan ia hanya terhad kepada tempoh letusan gunung berapi.Sulfat dicirikan oleh kandungan isotop ringan yang rendah. 33S dan tinggi – berat 34S, pelbagai anomali (penyimpangan daripada nisbah isotop-isotop ini dalam magma gunung berapi, yang ditubuhkan dengan tepat dan sama rata di seluruh planet dan oleh itu diambil sebagai sifar dalam kajian yang sama) kedua-dua isotop adalah sangat sempit dan tidak dapat dibandingkan dengan yang sulfur dalam sulfida. Di samping itu, terdapat korelasi songsang antara nisbah 34S dan 33S.

Kebanyakan saintis bersetuju bahawa ciri ini harus dijelaskan oleh kesan kuat pembekuan sulfur bakteria bebas massa. Penurunan bakteria sulfat – yang mengurangkan sulfur teroksida ke sulfur unsur dan hidrogen sulfida – telah diproses melaluikira-kirakebanyakan sulfat dengan isotop cahaya, meninggalkan bahagian dengan bahagian berat praktikal utuh. Ini adalah dari di atas bahawa pengurangan sulfat bekerja di laut 3.5 bilion tahun yang lalu dan kemudian, dan jenis ini metabolisme bakteria mendominasi di Archean Lewat. Walaupun, tentu saja, sesetengah saintis menyatakan pendapat mereka mengenai jumlah pengurangan sulfat yang sangat terhad pada masa ini (lihat, misalnya, Itay Halevy, et al., 2010. Menerangkan Rekod Isotope Sulfur Massal Bebas).

Walau bagaimanapun, penjelasan ini tidak memuaskan ahli geologi Perancis. Ia didasarkan pada ramalan dan hipotesis yang konsisten, dan mereka memerlukan bukti. Dan mereka menerima mereka, tetapi tidak semua yang boleh dikatakan. Dengan bantuan data tambahan dan boleh dipercayai, mereka hanya dapat membuktikan bahawa fraksinasi bebas massa tidak disediakan oleh pengurangan sulfat sama sekali. Pengecutan ini ternyata dikaitkan dengan fotolisis sulfur dioksida, dicampur dalam perkadaran yang berlainan dengan bahan neutral mantel dalam isotop (lihat Rajah 2).

Rajah. 2 Senario yang berbeza untuk fraksionasi isotop sulfur di Archean.
a – senario biasa. Dalam senario ini, sulfur dioksida dibebaskan ke atmosfera dengan gas gunung berapi dan terdapat tertakluk kepada fotolisis; Oleh kerana isotop ringan bertindak balas dan terurai dengan lebih mudah daripada yang berat, fraksionasi berlebih-lebihan isotop sulfur ditambah. Ketergantungan ini agak ketat, hubungan antara 36S,34S,33S dan 32S dengan pecahan yang bergantung kepada massa dikira. Gambar ini adalah tipikal bagi nisbah Archean isotop-isotop ini di mana-mana ditunjukkan anak panah merah (Arahan rujukan array). Anak panah hijau sisihan dari nisbah ini ditunjukkan untuk fraksinasi bebas massa, apabila kekurangan isotop berat direkodkan. Inilah hasil daripada penggabungan kitaran biologi belerang.
b – Senario yang dicadangkan dalam kerja ini. Menurut senario ini, satu siri isotop anomali boleh dibentuk sebagai hasil daripada aktiviti gunung berapi, apabila pelepasan dengan kandungan sulfur dioksida yang tinggi membentuk awan tebal, di mana fotolisis berlaku selaras dengan keamatan cahaya menembusi melalui awan ini. Laluan ini ditunjukkan di sini. anak panah biru. Data Archaean dalam perjanjian yang baik dengan cecair asid gunung berapi. Tiada kitaran mikrob diperlukan.
Dari sinopsis kepada artikel yang dibincangkan di Geosains alam

Bukti mereka didasarkan pada dua fakta asas. Yang pertama adalah korelasi positif yang terkenal antara anomali. 34S dan 33S (lihat rajah 3). Harta ini adalah tipikal bagi hampir semua sampel sulfida di Archean di semua benua – lebih tepatnya, bukan untuk semua, tetapi untuk majoriti itu, yang sesuai dengan batuan komposisi dasar dan ultrabasik (lihat batuan beku).

Rajah. 3 Data tentang anomali isotop sulfur di batuan asas dan ultrabasik. Ini adalah penyusunan maklumat mengenai deposit yang berlainan; data di tapak tertua pembentukan Dresser dan Barberton diserlahkan merah dan dalam hijau masing-masing. Tiada sulfat di batu utama. Hubungan jelas jelas positif. Seperti pada angka sebelumnya, titik yang terletak di paksi xbercakap mengenai fraksinasi bergantung secara besar-besaran, menyimpang dari paksi ini – mengenai massa bebas. Imej dari artikel dalam perbincangan Geosains alam

Untuk batuan berasid, yang hanya termasuk sedimen dengan sulfat, korelasi ini tidak disangka ternyata sebaliknya. Selain itu, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran, ia dibalikkan untuk kedua-dua sulfida dan sulfat dari batuan berasid; sulfat sesuai dengan kedudukan melampau kebergantungan korelasi ini (lihat Gambar 4).

Rajah. 4 Nisbah isotop daripada sulfur dalam batu gunung berapi asid. Data dari pelbagai lokasi Australia (Former Dresser ditunjukkan dalam hijau) Afrika Selatan (Formasi Barberton ditunjukkan dalam warna merahIndia. Garis putus-putus Penulis menunjukkan siri volkanik asid yang hampir sama dengan siri Archean dalam angka sebelumnya. Imej dari artikel dalam perbincangan Geosains alam

Korelasi positif mencerminkan sifat fotokimia asas suasana Archean, kerana tanda-tanda korelasi ini ada di mana-mana dan umum. Hubungan negatif dikaitkan dengan keadaan khas dan episodis suasana Archean. Data isotop daripada batu gunung berapi berasid menunjukkan pencampuran sulfur dari sumber yang berbeza: dari takungan utama, di mana pecahan yang bergantung kepada massa, dan dari sumber atmosfera, di mana pecahan bebas massa berlaku. Sulfat sesuai dengan skim ini. Penulis menekankan bahawa beberapa sifat data sulfat (contohnya, korelasi positif lemah 34S dan 33S di dalam inset Rajah 4) adalah dengan jelas dijelaskan menggunakan model dengan pencampuran sulfur dari pelbagai lapisan atmosfera dengan ketelusan yang berbeza. Sekiranya atmosfernya benar-benar serba terang – pelepasan sangat tebal atau dekat dengan lapisan atmosfera yang lebih rendah – maka hanya pecahan bergantung secara besar-besaran. Ia ditunjukkan oleh garis mendatar. Dalam lapisan yang lebih tinggi daripada awan pelepasan gunung berapi, pecahan massa bebas.

Dalam model ini dengan dua set isotop yang disusun berasaskan batuan asas dan berasid sesuai dengan semua data yang ada di Archaean – bahkan merekayang berfungsi sebagai asas penghakiman mengenai fraksi biologi isotop. Ini bermakna, pertama, sekarang tidak ada alasan untuk mempertimbangkan pengurangan sulfat sebagai jenis metabolisme yang dominan di Archean. Kedua, penghakiman mengenai jejak kehidupan yang paling purba, yang berdasarkan isotop sulfur, perlu diubah dengan serius. Ketiga, kesimpulan yang lebih filosofis mencadangkan dirinya, yang menyangkut ideologi umum kerja-kerja pada kehidupan yang paling kuno. Pada masa ini, kajian jejak kehidupan arkaean baru bermula, ia tidak mempunyai sejarah yang panjang seperti kajian, contohnya, dinosaur. Ini adalah kawasan yang baru dan sukar tanpa teknik kerja, dan di sini kita tidak hanya menantikan penemuan, tetapi juga kekecewaan.

Eben Rose, pakar dalam kehidupan kuno dari Universiti Yale, dengan tenang berkata: "Semua orang percaya pada Schalp's Upper Shale Australia (1987) mikroskopik sehingga Brazier membuktikan (2002) bahawa ini adalah sisa aktiviti hidrotermal. rekan-rekannya (1996), bahawa dalam grafit tertua Greenland terdapat jejak isotop karbon bakteri, sedangkan Fedo dan Whitehouse (2002) tidak membantah ini: lokasi yang dibincangkan tidak terdiri dari batu sedimen.Dan kemudian van Zeylen dan lain-lain cuba, tetapi tidak dapat mengulang hasil Mojish dalam siri karya. Semua orang percaya bahawa biomarka molekul dapat dipelihara di dalam batu Archean dan Proterozoik, dan walaupun biomarker didapati menunjukkan kewujudan eukariota selama 2.7 bilion tahun (Brocks dan Summons, 2000), sehingga didapati bahawa sampel kemudian tercemar (Rasmussen et al. [termasuk Brocks], 2007). Semua orang percaya bahawa S-isotop menunjukkan tertua – 3.5 bilion tahun – pengurangan sulfat (Shen et al., 2001), sehingga Phillipo dan rakan-rakan (2007) menunjukkan bahawa pengurangan sulfat tidak menjelaskan banyak butiran kronik isotopik (yang direkodkan dalam mikrogranul pirit), tetapi pengurangan sulfat bakteria memainkan peranan tertentu dalam pengasingan isotop S -. Dan kini Phillipo kembali kepada percanggahan yang tidak dapat dijelaskan dalam data isotop, menggunakan bahan tambahan, tetapi serupa, dan menyatakan bahawa anomali isotop tidak dapat berasal dari bakteria. Senarai ini tidak berakhir, walaupun pada hakikatnya kewujudan satu atau satu lagi pemasangan berlangsung selama 6 tahun, dan di sana ternyata yang diisytiharkan tidak ada atau itu benar-benar salah. "1

Semua ini bermakna bahawa pada tahap kajian saintis biot yang paling kuno, dan terutama wartawan,Ia lebih penting untuk mentafsir data.

Sumber:
1) Pascal Philippot, Mark van Zuilen, Claire Rollion-Bard. Aktiviti gunung berapi // Variasi dalam sulfur atmosfera Geosains alam. 2012. V. 5. P. 668-674.
2) Boswell Wing. Biogeokimia Archaean: Secara tak terduga abiotik // Geosains alam. 2012. V. 5. P. 598-599.

Elena Naimark


1 Semua orang percaya bahawa microfossils Schopf di Apex Chert (1987) sehingga Brasier et al (2002) menunjukkan bahawa mereka adalah peninggalan hidroterma. Ia telah disahkan bahawa ia telah dinyatakan secara konsisten dalam grafit, ia telah menjadi fosforus (1996) sehingga ia telah diluluskan dan telah diluluskan. tetapi tidak dapat meniru hasil Mojszis. Adalah dipercayai bahawa eukariota di ~ 2.7 Ga (Brocks dan Summons, 2000) dapat dipelihara dari batuan Paleoproterozoic dan Archean dan dapat dipelihara secara dialektik (Rasmussen et al [termasuk Brocks] 2007). 3.5 Ga qu qu qu qu (qu (2001 2001 hingga sehingga hingga sehingga hingga hingga setiap orang Shen Shen Shen Shen Shen Shen Shen) , tetapi tandatangan tersebut semestinya menunjukkan bakteria S-tidak seimbang. Phillippot et al. (Sept. 2012, NatureGeoscience) kini telah dikaji semula. Senarai terus


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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