Ихнофоссилии в вулканическом стекле палеопротерозойских гидротермальных фонтанов: норы, вероятно прорытые микроорганизмами в поисках фосфата

Древние подсказки, скрытые в вулканическом стекле

Миллиарды лет назад дно океана Земли было бурным ландшафтом лавы и горячих источников. В этом исследовании ученые показывают, что даже в тех чуждых условиях крошечные формы жизни, вероятно, прокладывали туннели в свежем вулканическом стекле в поисках жизненно важных питательных веществ. Считывая химические и минералогические «надписи», оставленные ими, работа помогает объяснить, как ранние микробы выживали в суровых условиях, и предлагает новые подходы к поиску следов жизни на других мирах.

Ископаемая летопись, написанная в стекле

Исследование сосредоточено на породах возрастом 1,87 миллиарда лет из формации Флаэрти на островах Белчер в северной Канаде. Эти породы образовались там, где лава извергалась в мелководную морскую воду, формируя шаровидные «подушкообразные» базальты и стекловидный обломочный материал, известный как гиаолокластит. Перемежающиеся с этими вулканическими слоями имеются признаки древних гидротермальных фонтанов — дымоподобные шипы, ржавые железосодержащие конкреции и карбонатные «узлы», — что указывает на то, что когда-то через морское дно просачивались горячие, насыщенные минералами жидкости. Такие системы фонтанов широко считаются благоприятными местообитаниями для ранней жизни, поскольку они создают сильные химические градиенты, которые микробы могут использовать для получения энергии.

Микроскопические следы скрытой жизни

В пределах изменённого вулканического стекла автор обнаруживает сети крошечных сферических и трубчатых структур, называемых ихнофоссилиями — следовыми ископаемыми, фиксирующими активность, а не тела организмов. Шары удивительно однородны по размеру, обычно около 14 микрометров в поперечнике, и располагаются в виде бусоподобных цепочек, соединённых нитью органического материала. Детализированная визуализация и микроспектроскопия показывают, что эти шары в основном состоят из минерала титанита, смешанного с углеродсодержащим органическим веществом, тогда как в прилегающих зонах обнаружены наночастицы апатита (фосфатного минерала) и лепидокрокита (оксид железа). Близкая ассоциация этих минералов, вместе с согласованностью форм и размеров шаров, указывает на происхождение, при котором микробы прокладывали ходы в стекле, а затем эти следы минерализовались.

Прорываясь в раскалённой породе в поисках питательных веществ

Распределение фосфат- и железосодержащих минералов указывает на конкретную причину, по которой микробы могли проникать в вулканическое стекло: чтобы извлечь фосфор — ключевой компонент ДНК, клеточных мембран и молекул, переносящих энергию. Многие зерна апатита концентрируются вблизи, но не внутри сферических ихнофоссилий, и переплетены с органическим веществом и оксидами железа. Такая картина лучше всего объясняется тем, что ранние микробы использовали органические кислоты для растворения стекла, высвобождая небольшие количества фосфата и железа. Часть этого фосфора, вероятно, была использована для роста, а часть повторно осадилась в виде апатита вместе с железом, образовавшим лепидокрокит. Трубчатые структуры из титанита, богатые органикой и выстроенные в параллельные группы, представляют второй тип следовых ископаемых, напоминающий микробные трубки на современных и древних гидротермальных участках, что дополнительно поддерживает биологическое происхождение.

Углеродные и серные отпечатки древних микробов

Помимо форм и минералов, породы несут сильные химические признаки жизни. Изотопы углерода в органическом веществе и в окружающем кальците необычно «лёгкие», соответствуя значениям, ожидаемым при использовании микробами неорганических соединений в качестве источников энергии и при окислении их биомассы в ходе погребения. Одновременно изотопы серы в пирите из близлежащих черных сланцев показывают паттерны, согласующиеся с микробным сульфатредуцированием, а не только с чисто химическими реакциями. В совокупности эти изотопные данные указывают на то, что хемолитотрофные микробы — организмы, существующие за счёт энергии, получаемой из горных и фонтанных химических веществ, а не от солнечного света — были активны в этой древней придонной среде, и что их останки впоследствии переработались в новые минералы.

Что эти древние следы подсказывают нам сегодня

По отдельности любая из приведённых линий доказательств — необычные формы минералов, легкий углерод или присутствие специфических железо- и фосфатсодержащих минералов — могла бы быть объяснена без привлечения жизни. Но в формации Флаэрти они встречаются вместе, в правильных местах и в правильных взаимосвязях. Исследование делает вывод, что крошечные организмы когда-то прокладывали ходы в горячем вулканическом стекле рядом с мелководными гидротермальными фонтанами, вероятно в поисках фосфата и железа для поддержания метаболизма, питаемого породой. Их деятельность оставила долговременный след на морском дне, сохранившийся сегодня в виде заполненных минералами туннелей и шаров. Показав, как такие тонкие следы можно распознавать и сопоставлять, эта работа укрепляет идею о том, что подобные особенности в вулканическом стекле могут служить ориентирами глубокого прошлого жизни на Земле — и потенциальными подсказками в поисках жизни на других каменистых планетах.

Цитирование: Papineau, D. Ichnofossils in volcanic glass from palaeoproterozoic hydrothermal vents were burrowed by microorganisms probably seeking phosphate. Commun Earth Environ 7, 361 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03359-5

Ключевые слова: древние гидротермальные фонтаны, микробные следовые ископаемые, изменение вулканического стекла, жизнь ранней Земли, микробы, ищущие фосфат