Строматолиты: следы древнейших экосистем

Строматолитовый мат – одна из самых сбалансированных экосистем за всю историю биосферы: он производит почти столько же органики и кислорода, сколько их тут же расходует в процессе своей жизнедеятельности (нулевой баланс). Именно такая структура позволяла матам образовывать и расширять кислородные оазисы в архейской биосфере.

Строматолиты – тонкослойчатые колонны или холмики, состоящие из карбоната кальция (кальцита). Образуются в результате жизнедеятельности прокариотного сообщества – цианобактериального мата. 

Мат – плотный многослойный ковер толщиной до 2 см из цианобактерий располагается на поверхности создаваемого им строматолита. На поверхность мата, обитающего на мелководье, постоянно выпадают частички осадка (кристаллы карбоната кальция). Бактерии мигрируют сквозь этот осадок, образуя выше еще одну поверхность и т.д., т.е. мат структурирует естественное осадконакопление. Эти палеоэкосистемы представляли собой высокоинтегрированное сообщество, имеющее сложную трофическую структуру, включающую бактерий продуцентов, консументов и редуцентов.

Цианобактерии непосредственно из атмосферы усваивают углерод (днем) и азот (ночью). Использую солнечную энергию, они создают органическое вещество, попутно выделяя кислород. Цианобактериальный мат относится к экосистеме организмов с коротким жизненным циклом, быстро набирающим максимальную плотность до полного самозатенения. Кислородная обстановка создавалась в экосистеме на короткое дневное время, и плотных скоплениях организмов содержание кислорода могло достигать 100%.

Конечный объем органического вещества не может превышать объем разложенного, иначе грозит быстрое исчерпание ресурсов. Чтобы этого избежать, другие бактерии (гидролитики) растворяют и разлагают органику до состояния простых соединений. Эти соединения используются сероводородными и метанобразующими бактериями, которые возвращают фотоавтотрофам исходные вещества.

Плотно сплетаясь и образую кремнистую корочку на поверхности, бактерии защищали себя от ультрафиолетового излучения. Прозрачный кремнистый слой всего лишь 0,15 мм толщиной полностью нейтрализует ультрафиолет (очень важная способность - озонового слоя в архее еще не было).

В породах блока Пилбара (Западная Австралия) и Онфервахт обнаружены самые древние строматолиты, имеющие возраст 3,4-3,5 млрд. лет. В органическое происхождение строматолитов до середины 20 века мало кто верил. Только в 60-ее гг. в австралийском заливе Шарк-Бей были обнаружены современные строматолиты (на фото). Оказалось: строматолиты – продукты жизнедеятельность сине-зеленых водорослей – бактерий-прокариотов. Наличие строматолитов указывает на фотосинтез уже в архее. Это самые древние экосистемы из известных. В архейской биосфере они были главными, а затем хоть и уступили место другим, но продолжают существовать и сегодня.