Железо в древних морях ржавело благодаря бактериям

Исследователи из Тюбингенского университета впервые смогли показать, как микроорганизмы способствовали формированию крупнейших в мире месторождений железной руды. Эти древнейшие образования, расположенные в Южной Африке и Австралии, имеют возраст в миллиарды лет и в основном состоят из оксидов железа. Они не только удовлетворяют мировой спрос на железо, но и помогают лучше понять эволюцию атмосферы и климата, а также предоставляют важную информацию о деятельности микроорганизмов на ранних этапах истории жизни на Земле.

Международная команда ученых из США, Канады и Германии под руководством геомикробиолога профессора Андреаса Капплера из Центра прикладных наук о Земле Тюбингенского университета опубликовала новые данные в журнале Nature Communications. Они обнаружили доказательства того, какие именно микробы участвовали в образовании железных руд, и показали, как различные метаболические процессы можно различить в современных горных породах.

Железо в древних океанах Земли поступало в виде растворенного двухвалентного железа [Fe(II)] из гидротермальных источников на дне. Однако современные железные руды в основном состоят из окисленного трехвалентного железа [Fe(III)] в форме «ржавых минералов», что указывает на окисление Fe(II) в процессе осаждения. Классическая модель предполагала, что Fe(II) окислялся кислородом, произведенным цианобактериями. Однако самые древние железорудные формации, сформировавшиеся в докембрийский период до 4 миллиардов лет назад, не могли быть результатом окисления, зависящего от O₂, поскольку в атмосфере тогда почти не было кислорода.

В 1993 году были открыты бактерии, способные окислять Fe(II) с использованием энергии света, без участия кислорода (аноксигенные фототрофные железоокисляющие бактерии). Исследования команды профессора Капплера в 2005 и 2010 годах показали, что эти бактерии преобразуют растворенное железо в оксид железа (ржавчину), аналогичный материалу древних руд. В новой работе ученые экспериментально доказали, что, исследуя структуру железных минералов, можно определить, что они были отложены именно железоокисляющими микробами, а не в результате деятельности цианобактерий.

Это исследование не только предоставляет первые четкие доказательства прямого участия микроорганизмов в формировании древнейших железорудных отложений Земли. Оно также указывает на то, что в мелководных областях древних океанов доминировали большие популяции кислородпродуцирующих цианобактерий, в то время как в более глубоких водах, куда еще проникал свет (фотическая зона), преобладали аноксигенные или микроаэрофильные железоокисляющие бактерии, которые и формировали месторождения железа.