Бактериальная палеонтология

Экология. Бактерии встречаются в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности.
В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.
Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

Важность изучения докембрия:
1) 20% площади суши,
2) связь с многими полезными ископаемыми,
3) важные геологические события – зарождение атмосферы,
гидросферы и жизни на Земле, т.е.
БИОСФЕРЫ

Появление разных групп бактерий (хемофоссилии) – 4-3.8 млрд.л
Прокариотные цианобактерии – 3.8 -3.5 млрд.л
Одноклеточные эвкариоты - 2.7 млрд.л
Грибы – не позднее 2.4 млрд.л
Многоклеточные водоросли и низшие Metazoa (ацеломаты) – до 2.1 млрд.л
Целоматы древние - 1.6 -1.5 млрд.л
Биосфера сначала была прокариотной, затем промежуточной и эвкариотной
Последовательность становления органического мира

В архее (2.8 млрд.л и древнее) атмосфера Земли была водородно-сероводородно-метановая, без свободного О2. Его появление ~ в период 2.8-2.2. млрд.л
Открытие «черных курильщиков» с жизнью на дне океана с обилием метана и сероводорода, где нет света и есть только хемосинтез
Немецкие химики показали, что в гидротермальных источниках при температуре свыше 80 градусов может происходить абиогенный синтез органических веществ, в частности аминокислот, из угарного газа, цианистого водорода и других неорганических соединений. Это открытие — важный аргумент в пользу гипотезы, согласно которой жизнь на Земле зародилась в горячих вулканических источниках.
ГИПОТЕЗА
На снимке: «облако» сульфида железа поднимается над выходом горячих вод на морском дне
Модель древней атмосферы Земли, когда развивались хемосинтезирующие бактериальные сообщества

Самые первые клетки, прокариоты (слева), были крайне примитивны. Все содержавшиеся в них химические вещества, включая ДНК с генетическим кодом, были перемешаны и разбросаны по всей клетке. В более поздних - эукариотных - клетках (справа) имелись маленькие внутренние отделения с собственной оболочкой. Они содержали химические вещества для определенных реакций, причем в каждом из них была именно та среда, которая необходима для наиболее быстрого течения данной реакции. ДНК была сосредоточена в хромосомах, находящихся внутри клеточного ядра, окруженного ядерной оболочкой. Ядро управляло всей жизнедеятельностью клетки.

марсианский метеорит
Ископаемые бактерии: а - нитчатые (Монголия, нижний кембрий)
б - гантелевидные (Казахстан, нижний кембрий).

Докембрийские и кембрийские бактерии из кремней

Полосчатые железорудные формации = ПЖФ (в них чередуются слои — полоски — оксида железа и кварца). Джеспилиты (jaspes –яшма)
В 90-е годы ХХ века немецкие исследователи обнаружили, что пурпурные бактерии — микроорганизмы, способные окислять Fe без участия кислорода (в ходе анаэробного фотосинтеза, используемого ими для получения энергии из света и двуокиси углерода)
Недавние опыты (Калифорнийский технолог.ин-т, Университет Тюбингена и Университета Альберты), подтвердили тот факт, что слои оксида железа в ПЖФ могли появляться в результате деятельности пурпурных бактерий. Толщина слоя пурпурных бактерий, который был бы необходим для полного окисления проходивших через него частиц железа должна составлять около 17 метров (сейчас бактериальные слои такой толщины можно найти, например, в Черном море).

Фоссилии ископаемых бактерий из марганцевых руд

Рифейские строматолиты Урала (Усть-Катавский, Бакальский р-н)

Строматолит из верхнепермских пород (Татарстан)

Современные строматолиты – постройки циано-бактериальных сообществ

специфичные сложные формы хемо-бактериального происхождения
Представлены опал-доломитовой ассоциацией, вмещающие породы биохемогенно-осадочный доломит
(Правый берег р. Волга, Татарстан, верхнепермские отложения)

Опал-доломит целестин
Исследования методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) этих объектов показали, что в их минеральных матрицах содержатся остатки ископаемых органических веществ низких степеней метаморфизма.
верхнепермские отложения

(республика Татарстан)
Доломитовые обособления на правом берегу р. Волги
верхнепермские отложения

Современное естествознание выдвигает великую проблему XXI в. - стремление объяснить все живое на основе физики и химии, включая и происхождение жизни
Ученые приходят к выводу, что на биологическом уровне не зарождается ничего принципиально нового, а все нисходит к миру атомов и молекул. Происходит лишь усложнение системы за счет комбинирования иерархичного множества подсистем
[Lima-de-Faria, 1988, 1995, 1997; Лима-де-Фария, 1991; Yushkin, 2000; Гинзбург, 2001; Berg, 2000].
Синтез жизни и минералогии