Жизнь внутри камня: как появились почвы на Земле?

В научном журнале Scientific Reports, который входит в семейство журналов Nature Publishing Group, опубликована статья, рассматривающая в качестве одного из путей становления почв на Земле изменение горных пород под воздействием эндолитных организмов (обитают в скрытых нишах внутри плотных пород). Соавторами публикации стали сотрудники Института географии РАН и других институтов ФАНО, а также Мюнхенского технического университета (Германия) и Университета Джорджии (США).

Приповерхностный слой гранитов, гнейсов и песчаников в экстремальных условиях Восточной Антарктиды часто заселен цианобактериями, зелеными водорослями, лишайниками и другими организмами, которые могут осуществлять фотосинтез прямо внутри породы, так как свет проникает сквозь полупрозрачные зерна кварца и полевых шпатов на глубину более 1 см. Такие организмы называются криптоэндолитными, то есть срытыми внутри камня. Вместе с приповерхностной частью горной породы, в которой обитают организмы, они образуют эндолитную систему. 

Эндолитные системы Восточной Антарктиды являются одними из наиболее подходящих и «чистых» современных моделей для изучения органо-минеральных взаимодействий древнего «филогенетического возраста» (например, взаимодействий в системе «цианобактерия-силикат», «лишайник-силикат»), так как они полностью лишены влияния со стороны сосудистых растений. Основываясь на принципе актуализма, такие взаимодействия были изучены авторами комплексом передовых инструментальных методов, включавшим вторичную ионную масс-спектрометрию высокого разрешения (NanoSIMS), 14С ускорительную масс-спектрометрию (14C AMS), спектроскопию ядерного магнитного резонанса (13C-CPMAS NMR) и микротомографию (μCT). Никогда ранее для изучения этих объектов не применялся такой комплекс методов. В том числе радиоуглеродное датирование органического вещества эндолитных систем было выполнено благодаря уникальному оборудованию, приобретенному на средства гранта РНФ.

В эндолитных системах Восточной Антарктиды было выявлено высокое разнообразие типов органо-минеральных взаимодействий. Показано, что сравнительно простые эндолитные системы микробного или криптогамного происхождения, которые существуют и реплицируются на Земле с докембрия, демонстрируют принципы органо-минеральных взаимодействий и стабилизации органического вещества, схожие с теми, которые известны для развитых почв современных климатических обстановок. Таким образом, механизмы почвообразования и стабилизации органического вещества, хорошо известные для современных почв, могут восходить к первым «шагам» биоты и почв на суше.

На основе изучения современных эндолитных систем в экстремальных местообитаниях планеты было показано, что они являются одними из возможных аналогов протопочвенных образований, существовавших в докембрии, когда условия для функционирования организмов в скрытых нишах внутри порового пространства плотных пород были более благоприятными, чем на поверхности.

Трансформация эндолитными организмами (сначала цианобактериями и археями, позднее грибами и лишайниками) плотных пород, сложенных силикатами, могла стать одним из возможных путей появления почв на Земле. Этот процесс заключался в формировании  эндолитных почвоподобных профилей, а также в увеличении степени выветрелости субаэрального сегмента плотных пород и образовании мелкозема. Органо-минеральные продукты первых процессов почвообразования и сами эндолитные ощущение регулярно эродировались, поступая в аккумулятивные позиции ландшафта. Такие процессы способствовали созданию органо-минеральной матрицы в почвах и осадках, становлению почвенного покрова и в целом увеличению сложности геосистем. 

Публикация является одним из результатов работы по гранту РНФ 14-27-00133 «География почв экстремальных условий среды в прошлом и настоящем: теория, методология и эмпирическое обеспечение» и гранту РФФИ 16-04-01776 «Эндолитные и гиполитные биокосные системы как протопочвенные образования Земли: география, свойства, процессы».

Источник http://rscf.ru