Stromatoliidid: varase elu fossiilid ja esimesed fotosünteesijad

Mis on stromatoliidid?

Stromatoliidid on erilised kivimilaadsed struktuurid. Need moodustuvad tavaliselt madalas vees.

Need moodustavad omapärase, kihilise välimuse, kuna pinnal kasvav mikroobne kogukond (biofilm) püüab kinni ja sidub setteosasid ning soodustab mineraalset sadestumist. Stromatoliidid võivad olla kuju ja suuruse poolest väga erinevad — alates väikesest mügarast kuni mitme meetri kõrguste koobaste ja plaatideni.

Kuidas nad tekivad?

Neid moodustavad bakterid, näiteks tsüanobakterid. Võib esineda ka muud liiki baktereid ja ainuraksed vetikad.

Bakterite ja teiste mikroorganismide tekitatud biofilm toodab limataolist materjali, mis kinni püüab peenikesi seteteraid. Mikroobide metaboolne tegevus võib soodustada ka mineraalide — eriti kaltsiumkarbonaadi — sadestumist, mis liidab kihid omavahel ja loob püsivaid kivistunud struktuure.

Protsesside täpsem selgitus

Bakterite poolt eritatav lima kogub sette terad ja need kleepuvad kokku kaltsiumkarbonaadiga, mis samuti pärineb bakteritest. See koguneb struktuurideks, mida võib näha teatud mereäärsetes lahtedes. Tsüanobakterid kasutavad vee, süsihappegaasi ja päikesevalgust oma toidu loomiseks ning eraldavad kõrvalsaadusena hapnikku.

Lisaks setete mehaanilisele kinnihoidmisele aitavad mikroobid muutuva keemilise ja biokeemilise keskkonnaga kaasa kemikaalide sadestumisele — näiteks tõuseb pinnakihi pH fotosünteesi tõttu, mis soodustab kaltsiumi ja karbonaadi kristalliseerumist. Aja jooksul tekkinud korduvad kihistumised annavad stromatoliididele iseloomuliku lamellaarse struktuuri.

Ajalooline ja teaduslik tähtsus

Stromatoliitide tegelik tähtsus seisneb selles, et need on varaseimad fossiilsed tõendid elust Maal. Vanimad teadaolevad stromatoliidid on dateeritud vahemikku 3710-3695 miljonit aastat vanad ja need avastati metakarbonaatkivimite paljandist Isua suprakrustaalses vööndis (ISB) Edela-Gröönimaal. ISB stromatoliidid on üle 215 miljoni aasta varasemad kui eelmine kõige veenvam ja üldtunnustatud multidistsiplinaarne tõend vanimate elujäänuste kohta: stromatoliidid 3 480 miljoni aasta vanusest Dresseri formatsioonist Pilbara kratonis Lääne-Austraalias.

Stromatoliitide uurimine annab meile akna Maa varajasse biosfääri ja selle arengusse. Vanimate fossiilsete tõendite vanus aitab piirata elu tekkimise aega ning koos geokeemiliste analüüsidega — näiteks süsiniku isotoopide ja mineraalide uuringutega — annavad need teada mikroobide metaboolsetest võimalustest ja keskkonnatingimustest varases Maa ajaloos.

Varasemad arusaamad ja molekulaarne ajaskaala

Kunagi dateeriti vanimad teadaolevad stromatoliidid 3450 miljonit aastat tagasi, arhea eoni ajal, kuid vanemate stromatoliitide hiljutised avastused annavad tõendeid, mis on kooskõlas geneetilise molekulaarkella uuringutega, mis on paigutanud elu tekke aegade eonile.

Molekulaarsete kellade analüüsid ning uued geoloogilised leide viitavad sellele, et elu võib olla tekkinud väga varajases Maa ajaloos — juba üle 3,5 miljardi aasta eest. Siiski on vanimate stromatoliitide tõlgendamine sageli keeruline, kuna kivistunud struktuurid võivad mõnikord tekkida ka mittelive protsesside tõttu; seetõttu tuginevad teadlased mitmetele eri meetoditele ja tõenditele, et eristada bioloogilist päritolu abiootilistest sarnastest struktuuridest.

Fotosüntees ja suur hapnikusündmus

Tsüanobakterite võime teostada hapnikuga seotud fotosünteesi on väga oluline. Arvatakse, et stromatoliitide varased tsüanobakterid on oma jätkuva fotosünteesi kaudu suures osas vastutavad hapniku hulga suurendamise eest Maa ürgses atmosfääris. Nad olid esimesed teadaolevad organismid, mis tegid fotosünteesi ja tootsid vaba hapnikku. Umbes miljardi aasta pärast hakkas selle fotosünteesi mõju atmosfääris tohutult muutuma. See protsess, mida nimetatakse suureks hapnikusündmuseks, võttis tegelikult kaua aega. Lõpuks tappis see enamiku organisme, mis ei suutnud hapniku tingimustes elada, ja viis sellise keskkonna tekkimiseni, mida me teame tänapäeval, kus enamik organisme kasutab ja vajab hapnikku.

See hapnikutootmine muutis Maa geokeemiat ja võimaldas hiljem tekkida keerukamal ning mitmerakulisel elul. Samuti muutsid hapnikurikkad tingimused metallide oksüdeerumise mustreid ja viisid uute ladestumistüüpide ja mineraalide moodustumiseni.

Tänapäevased stromatoliidid ja kaitse

Kuigi stromatoliidid olid minevikus laialt levinud, on tänapäeval elus stromatoliite harva — neid leidub mõnes soolases lahes ja kuumas allikas, kus konkurents ja karjaelustajad on piiratud (näit. Shark Bay Austraalias). Tänapäevased stromatoliidid pakuvad võimalust uurida elusprotsesse, mis olid olulised Maa varajases ajaloos.

Stromatoliitide huvi uurimisel on lisaks ajaloolisele väärtusele ka praktiline tähtsus: nad on mudelks biogeokeemiliste protsesside mõistmiseks ja kõigi eluvormide evolutsioonilisele taustale, ning neid kasutatakse sageli ka astrobioloogias võrdlusena, otsides elumärke teistel planeetidel.

Kokkuvõte

• Stromatoliidid on kihilised, kivistunud struktuurid, mille on tekitanud mikroobide, eriti tsüanobakterite, tegevus.
• Need on ühed varaseimad fossiilsed tõendid elust Maal ja annavad infot elu tekkimise ajast ja varasemast keskkonnast.
• Tsüanobakterite fotosüntees aitas tõsta atmosfäärilist hapniku taset, mis viis lõpuks suure hapnikusündmuseni.
• Tänapäeval on elus stromatoliite harva, kuid need on teadlaste jaoks hindamatu akendev auk Maa varajasse ökosüsteemi ja astrobioloogia uuringutesse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on stromatoliidid?

K: Kuidas tsüanobakterid oma toitu loovad?

K: Milline on stromatoliitide tähendus?

K: Kus leiti vanimad teadaolevad stromatoliidid?

K: Kuidas mõjutas varajaste tsüanobakterite fotosüntees Maa atmosfääri?

Küsimus: Millal toimus see suur hapnikusündmus?

Otsing