Mikroorganizmalar yer kabuğunu nasıl oluşturdu

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Dağlar, uçsuz bucaksız Moğol bozkırlarının fonunda özellikle etkileyici görünüyor. Ayakta dururken, bu sırtları yığmış olan dünyanın bağırsaklarının muazzam gücü üzerinde düşünmeye meyillidir. Ama daha zirveye çıkarken, kayalık çıkıntıları kaplayan ince bir desen göze çarpıyor. Bu yağmur suyu, dağ silsilesinin gerçek kurucuları olan dağı oluşturan antik arkeosiyat süngerlerinin gözenekli iskeletlerini hafifçe aşındırdı.

Büyük inşaatın küçük devleri

Yarım milyar yıldan daha uzun bir süre önce, ılık bir denizin dibinden volkanik bir adanın parlak bir resifi olarak yükseldiler. Öldü, kalın bir sıcak kül tabakasıyla kaplandı - bazı arkeositler bile yandı ve donmuş tüfte boşluklar korundu.

Ancak, yaşamları boyunca birlikte büyümüş ve deniz çimentosu katmanlarını sararak kayaya "donmuş" birçok iskelet, denizin çoktan gittiği günümüzde bile her zamanki yerlerinde kalmaktadır. Bu tür iskeletlerin her biri küçük bir parmaktan daha küçüktür. Kaç tane var?

Küçük radyolaryalıların iskeletleri, sıradağların silisli kayalarını oluşturur.

Alçak bir dağın hacmini (etek yaklaşık bir kilometre genişliğinde ve yaklaşık 300 m yüksekliğinde) tahmin ettikten sonra, yapımında yaklaşık 30 milyar süngerin yer aldığını hesaplayabiliriz. Bu, fazlasıyla hafife alınan bir rakamdır: birçok iskelet uzun süredir toz haline getirilmiştir, diğerleri koruyucu tortu katmanlarıyla kaplanacak zamana sahip olmadan tamamen çözülmüştür. Ve bu sadece bir dağ ve Moğolistan'ın batısında bütün sıralar var.

Küçük süngerlerin böyle görkemli bir "projeyi" tamamlaması ne kadar sürdü?

Ve burada yakınlarda başka bir uçurum var, daha küçük ve beyaz değil, kireçtaşı, ancak kırmızımsı gri. Demir kapanımlarının oksidasyonu nedeniyle paslanmış ince silisli şeyl katmanlarından oluşur. Bir zamanlar, bu dağlar deniz dibiydi ve katmanlar boyunca doğru bir şekilde ayrılırsanız (sert ama dikkatli bir şekilde vurursanız), o zaman açılan yüzeyde 3-5 mm'lik sayısız iğne ve haç görebilirsiniz.

Bunlar deniz süngerlerinin kalıntılarıdır, ancak arkeosiyatların tüm kalkerli iskeletinin aksine, tabanları ayrı silikon elementlerden (spiküller) oluşur. Bu nedenle, öldükten sonra ufalandılar, "detayları" ile dibe saçıldılar.

Her süngerin iskeleti en az bin "iğne"den oluşuyor, her metrekareye yaklaşık 100 bin tane dağılmış durumda. Basit aritmetik, 20 metrelik bir alan üzerinde kaç hayvanın 20 metrelik bir tabaka oluşturduğunu tahmin etmemizi sağlar. en az 200 x 200 m: 800 milyar Ve bu çevremizdeki yüksekliklerden sadece biri - ve sadece birkaç kaba hesaplama. Ancak onlardan zaten organizmalar ne kadar küçükse, yaratıcı güçlerinin o kadar büyük olduğu açıktır: Dünyanın ana inşaatçıları tek hücrelidir.

Tek hücreli planktonik alglerin - kokolitlerin - açık kalkerli plakaları, büyük kokosferlerde birleştirilir ve parçalandıklarında tebeşir tortularına dönüşürler.

Karada, suda ve havada

Her 1 cm'de bir olduğu bilinmektedir.³Tebeşir yazmak, yaklaşık 10 milyar ince kalkerli planktonik alg kokolitoforit ölçeği içerir. Moğol denizlerinin zamanından çok daha sonra, Mesozoyik ve şimdiki Cenozoik çağda, İngiltere'nin tebeşir kayalıklarını diktiler, Volga Zhiguli ve diğer masifler, tüm modern okyanusların dibini kapladı.

İnşaat faaliyetlerinin ölçeği şaşırtıcı. Ancak, gezegende kendi yaşamının yaptığı diğer dönüşümlerle karşılaştırıldığında soluklar.

Denizlerin ve okyanusların tuzlu tadı, klor ve sodyum varlığı ile belirlenir. Her iki element de deniz canlıları tarafından büyük miktarlarda gerekli değildir ve sulu çözeltide birikir. Ama hemen hemen her şey - nehirler tarafından gerçekleştirilen ve sıcak dip pınarları yoluyla bağırsaklardan gelen her şey - bir anda emilir. Silikon, tek hücreli diatomlar ve radyolaryalılar tarafından süslü kabukları için alınır.

Hemen hemen tüm organizmalar fosfor, kalsiyum ve tabii ki karbona ihtiyaç duyar. İlginç bir şekilde, kalkerli bir iskeletin oluşumu (mercanların veya eski arkeositlerinki gibi) karbondioksit salınımı ile gerçekleşir, bu nedenle sera etkisi resif inşa etmenin bir yan ürünüdür.

Coccolithophorides sadece sudaki kalsiyumu değil, aynı zamanda çözünmüş sülfürü de emer. Alglerin kaldırma kuvvetini artıran ve aydınlatılmış bir yüzeye yakın kalmalarını sağlayan organik bileşiklerin sentezi için gereklidir.

Bu hücreler öldüğünde, organikler parçalanır ve uçucu kükürt bileşikleri su ile birlikte buharlaşarak bulutların oluşumu için bir tohum görevi görür. Bir litre deniz suyu 200 milyona kadar kokolitoforit içerebilir ve bu tek hücreli organizmalar her yıl atmosfere 15,5 milyon tona kadar kükürt sağlar - neredeyse kara volkanlarının iki katı kadar.

Güneş, Dünya'ya gezegenin kendi bağırsaklarından 100 milyon kat daha fazla enerji verme yeteneğine sahiptir (3400 W/m² 0.00009 W / m'ye karşı²). Fotosentez sayesinde yaşam, jeolojik süreçlerin yeteneklerini aşan bir güç kazanarak bu kaynakları kullanabilir. Tabii ki, güneşin ısısının çoğu basitçe dağılır. Ama yine de, canlı organizmalar tarafından üretilen enerji akışı, jeolojik olandan 30 kat daha fazladır. Hayat gezegeni en az 4 milyar yıldır kontrol ediyor.

Yerli altın bazen değerli metalin kendisinden daha değerli olan tuhaf kristaller oluşturur.

Işığın güçleri, karanlığın güçleri

Canlı organizmalar olmasaydı, pek çok tortul kayaç hiç oluşmazdı. Ay'daki (150 tür), Mars'taki (500) ve gezegenimizdeki (5000'den fazla) mineral çeşitliliğini karşılaştıran mineralog Robert Hazen, binlerce karasal mineralin görünümünün doğrudan veya dolaylı olarak onun aktivitesiyle ilgili olduğu sonucuna vardı. biyosfer. Su kütlelerinin dibinde biriken tortul kayaçlar.

Milyonlarca ve yüz milyonlarca yıl boyunca derinlere inen organizma kalıntıları, dağ sıraları şeklinde yüzeye sıkılmak üzere kalan güçlü tortular oluşturdu. Bunun nedeni, devasa tektonik plakaların hareketi ve çarpışmasıdır. Ancak kayaları bir tür "karanlık" ve "hafif madde" olarak ayırmadan tektoniğin kendisi mümkün olmazdı.

Birincisi, örneğin, koyu tonların minerallerinin baskın olduğu - piroksenler, olivinler, bazik plajiyoklazlar ve elementler arasında - magnezyum ve demir olan bazaltlarla temsil edilir. Granitler gibi ikincisi, açık renkli minerallerden oluşur - kuvars, potasyum feldispatlar, albit plajiyoklazlar, demir, alüminyum ve silikon bakımından zengindir.

Karanlık kayalar hafif kayalardan daha yoğundur (ortalama 2,9 g/cm³ 2.5-2.7 g / cm'ye karşı³) ve okyanusal levhalar oluşturur. Daha az yoğun, "hafif" kıtasal plakalarla çarpıştığında, okyanusal olanlar altlarına batar ve gezegenin bağırsaklarında erir.

Demir cevherlerinin parlak şeritleri, koyu silisli ve kırmızı demirli katmanların mevsimsel değişimini yansıtır.

En eski mineraller, ilk ortaya çıkanın "karanlık madde" olduğunu gösteriyor. Ancak bu yoğun kayalar, levhaları harekete geçirmek için kendi içlerine batamadı. Bu, Mars ve Ay'ın hareketsiz kabuğunda yetersiz bulunan mineraller olan "parlak tarafı" gerektiriyordu.

Robert Hazen'in, bazı kayaları diğerlerine dönüştüren ve sonuçta levhalardaki "hafif maddenin" birikmesine yol açanın, Dünya'nın canlı organizmaları olduğuna inanması boşuna değildir. Elbette bu canlılar -çoğunlukla tek hücreli aktinomisetler ve diğer bakteriler- kendilerine böyle süper bir görev koymadılar. Amaçları her zaman olduğu gibi yiyecek bulmaktı.

Okyanusların demirli metalurjisi

Aslında yanardağın püskürttüğü bazalt camın %17'si demirdir ve her metreküpü 25 katrilyon demir bakterisini besleyebilir. En az 1,9 milyar yıldır var olan bazaltı ustalıkla yeni kil mineralleriyle dolu bir “nanoşete” dönüştürürler (son yıllarda böyle bir mekanizma biyojenik bir kil mineralleri fabrikası olarak kabul edilmiştir). Böyle bir kaya eritmek için bağırsaklara gönderildiğinde, ondan yeni, "hafif" mineraller oluşur.

Muhtemelen bakteri ve demir cevherlerinin ürünü. Bunların yarısından fazlası 2, 6 ve 1.85 milyar yıl önce oluştu ve Kursk manyetik anomalisi tek başına yaklaşık 55 milyar ton demir içeriyor. Yaşam olmadan, pek birikemezler: okyanusta çözünen demirin oksidasyonu ve çökeltilmesi için, gerekli hacimlerde görünümü sadece fotosentez nedeniyle mümkün olan serbest oksijen gereklidir.

Acidovorax bakterileri yeşil pas - demir hidroksit oluşumunu uyarır.

Hayat, demirin "işlenmesini" ve karanlık, oksijenden yoksun derinliklerde gerçekleştirebilir. Sualtı kaynakları tarafından taşınan bu metalin atomları, demirli demiri oksitleyerek demir demiri oluşturabilen bakteriler tarafından yakalanır ve bu da yeşil pasla dibe çöker.

Birkaç milyar yıl önce, gezegende hala çok az oksijen varken, bu her yerde oldu ve bugün bu bakterilerin aktivitesi oksijenden fakir bazı su kütlelerinde görülebilir.

Değerli mikroplar

Oksijene ihtiyaç duymayan anaerobik bakterilerin katılımı olmadan büyük altın yataklarının ortaya çıkmaması mümkündür. Kıymetli metalin ana yatakları (keşfedilen rezervlerin yaklaşık 81 bin ton olduğu Güney Afrika'daki Witwatersrand dahil) 3, 8-2, 5 milyar yıl önce oluşmuştur.

Geleneksel olarak, yerel altın cevherlerinin, altın parçacıklarının nehirler tarafından taşınması ve yıkanmasıyla oluştuğuna inanılıyordu. Bununla birlikte, Witwatersrand altınının çalışması tamamen farklı bir tablo ortaya koyuyor: metal, eski bakteriler tarafından "çıkarıldı".

Dieter Halbauer, 1978'de saf altın parçacıklarıyla çerçevelenmiş garip karbon sütunları tanımladı. Cevher örneklerinin mikroskobik ve izotopik analizi, modern mikrop kolonileri tarafından cevher oluşumunun modellenmesi ve diğer hesaplamalar jeologun doğruluğunu teyit edene kadar, keşfi uzun bir süre fazla dikkat çekmedi.

Görünüşe göre, yaklaşık 2,6 milyar yıl önce, volkanlar atmosferi hidrojen sülfür, sülfürik asit ve kükürt dioksit ile su buharı ile doyurduğunda, asit yağmurları saçılmış altın içeren kayaları yıkadı ve çözeltileri sığ sulara taşıdı. Bununla birlikte, değerli metalin kendisi oraya siyanür gibi herhangi bir canlı için en tehlikeli bileşikler şeklinde geldi.

Tehdidi önleyen mikroplar suyu “dezenfekte etti”, toksik altın tuzlarını organometalik komplekslere ve hatta saf metale indirgedi. Parıldayan parçacıklar, bakteri kolonileri üzerine yerleşerek, artık bir taramalı elektron mikroskobu ile görüntülenebilen çok hücreli zincirlerin kalıplarını oluşturur. Mikroplar şimdi bile altını çökeltmeye devam ediyor - bu süreç, örneğin Yeni Zelanda'daki kaplıcalarda çok mütevazı bir ölçekte de olsa gözlemleniyor.

Hem Witwatersrand hem de muhtemelen aynı yaştaki diğer tortular, oksijensiz bir atmosferde bakteri topluluklarının hayati aktivitesinin sonucuydu. Kursk Manyetik Anomalisi ve ilgili demir cevheri yatakları oksijen çağının başlangıcında oluşmuştur. Bununla birlikte, bu ölçekte daha fazla tortu ortaya çıkmadı ve bir daha şekillenmeye başlamaları pek mümkün değil: atmosferin, kayaların ve okyanus sularının bileşimi o zamandan beri birçok kez değişti.

Ancak bu süre zarfında sayısız canlı organizma nesli de değişti ve her biri Dünya'nın küresel evriminde yer almayı başardı. Deniz süngerlerinin çalılıkları ve karadaki ağaç benzeri atkuyrukları yok oldu, mamut sürüleri bile geçmişte kaldı, jeolojide iz bıraktı. Gezegenimizin tüm kabuklarında - su, hava ve taş - diğer varlıkların ve yeni değişikliklerin zamanı geldi.