В сообществе бактерий, как и в людском обществе, есть определенные слои. Такое «расслоение» запечатлелось в архейских породах Австралии и Африки в виде строматолитов.
Листая каменные страницы
Правый берег реки Юдомы, что течет от Охотского моря в реку Маю и, влившись в нее, далее в Алдан, обрывается розовыми и серыми скалами. Если удастся превозмочь собственную лень, убаюкивающую в нагретой солнцем резиновой лодке, плавно покачивающейся на голубовато-зеленой стремнине, можно подплыть поближе. Чтобы высадиться среди серовато-рыжих от лишайников угловатых глыб, нужно в несколько хороших взмахов весел преодолеть отбойное течение. Перескакивая с одного валуна на другой, можно подобраться к одной из промоин в скале. Промоина выбирается неслучайно. В ней восходящий ветерок сдувает назойливых кусачих тварей, а вода за тысячи лет очистила поверхность горной породы до ослепительной белизны. На белом от времени каменном полотне, снизу до самой вершины, откуда с пятисотметровой высоты свисают витые стволы кедрового стланика, проступают тончайшие полосы. Иногда они плавно выгибаются, иногда морщатся мелкой складочкой или распрямляются в ровные линии. Не только на сибирской речке Юдоме, но и во многих уголках планеты так выглядят отложения позднеархейского и протерозойского возраста.
Более всего архейские и протерозойские главы ископаемой летописи Земли напоминают пачки гигантских, как бы покоробившихся от времени страниц. Этими каменными страницами являются строматолиты. Строматолиты, что в переводе с греческого означает «ковровые камни», это бугристые, полосатые (но не вдоль, а в толщину) породы, которые могут состоять из карбонатных, фосфатных или кремнистых минералов. Даже в середине XX века в органическое происхождение строматолитов мало кто верил. Лишь в 1960-е годы в австралийском заливе Шарк-Бее были открыты современные строматолиты, после чего появились и другие описания, тем не менее строматолитов осталось очень мало.
Определяющий признак строматолитов — тонкая слоистость — итог попеременной деятельности различных бактерий, если строматолиты озерные и лагунные; или водорослей и бактерий, если строматолиты морские. Последние имеют более грубую слоистость и вырисовались сравнительно недавно, в кайнозойскую эру. В кислой среде горячих источников и гейзеров среди образователей кремнистых строматолитов замечены грибы (конечно, микроскопические).
Самые тонкие слойки — не толще отдельной нити в тысячную долю миллиметра. В каждом слое преобладает свой газовый режим и пигмент. Пигменты (лат. «краски») — окрашенные вещества. В зависимости от своего цвета они воспринимают световые волны определенной длины.
Например, пигмент-хлорофилл (греч. «зеленый лист») придает листьям, а также некоторым водорослям и бактериям зеленую окраску. Хлорофилл особенно чувствителен к световым волнам средней длины, которые беспрепятственно проходят сквозь земную атмосферу и верхние метры водной толщи. Поэтому все наземные растения и большинство мелководных — зеленые. Коротковолновый голубой свет проникает до глубины в 200 м (в чистой воде). Водоросли, которые живут на таких глубинах, должны иметь восприимчивые к нему красные пигменты.
Согласно законам разложения белого света, бактерии распределяются в своем сообществе и его полосатость становится Цветной — зелень цианобактерий сменяется пурпуром серных эубактерий, ниже следует полоса изумрудно-зеленых несерных эубактерий, и все это отчеркивается черным слоем сероводородобразующих архебактерий. Расцветка строматолитовой поверхности может меняться даже в течение суток, поскольку обитатели нижнего этажа в темное время выползают наружу и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз, преодолевая почти 20 мм в час. По ночам зеленые несерные эубактерии пробираются наверх сквозь слой цианобактерий. Иногда, наоборот, живые цианобактерии сползают вниз, чтобы укрыться под пустыми чехлами от слишком сильного излучения.
В строительных наклонностях бактерий нет ничего необычного. Достаточно вспомнить, что всем «камням за пазухой», таким как зубной и почечный камни, мы тоже обязаны бактериям. Сами строматолиты — это не только мертворожденная архитектура бактерий. Плотно сплетаясь, бактерии защищали себя от испепелявшего ультрафиолетового излучения, а образуя кремнистую корочку, чувствовали себя в полной безопасности. Ведь прозрачный кремневый слой всего в 0,15 мм толщиной полностью нейтрализует ультрафиолет. Так, за несколько миллиардов лет до человека бактерии «додумались» до оконных стекол — и светло, и спокойно.
Быстро растущие современные рифостроящие животные и водоросли вытеснили микробных строматолитообразователей в лагуны, где они способны создавать лишь незамысловатые корки. Современный плачевный образ жизни строматолитов часто неоправданно служил для восстановления обстановок прошлого. Получалось, что в архее и протерозое вместо морей и океанов были сплошные лагуны и болота. Однако когда микробам никто не мешал, они делали все, на что были способны. Так, в протерозое они построили рифы в сотни метров мощностью (как на реке Юдоме) и сотни километров протяженностью. В таких рифах глубоководные строматолиты возвышались огромными конусами до 75 м высотой. (Это высота затонувшего 30-этажного дома.) В более мелкой части моря строматолиты ветвились кустиками и нарастали столбиками. На самом мелководье, как и ныне, откладывались незамысловатые корки. (Именно ритмичное строение строматолитов и зависимость их формы от освещенности позволили рассчитать длину дня, а следовательно, и скорость вращения Земли в архее и протерозое.)
Еще несколько раз (в конце кембрийского и девонского периодов и в начале триасового), после массовых вымираний, строматолитовые рифы ненадолго занимали освобожденное пространство морского дна.
Многие сомневаются в органической природе древнейших (3,5–3,2 млрд лет) тонкослоистых пород, но 3 млрд. лет назад уже, несомненно, отлагались настоящие строматолиты. В архее и самом начале протерозоя, когда океан был пересыщен растворенным карбонатом, доля бактериальных отложений была незначительной. Карбонаты в основном оседали без участия организмов. Постепенно, начиная с середины раннего протерозоя, бактериальные сообщества вошли в роль главных карбонатообразователей, отняв ее у геологических процессов.
Именно такие сообщества начали преобразование воздушной, жидкой и твердой оболочек планеты. Осаждая плохо растворимые карбонаты — кремнезем или другие минералы из подвижных растворов, они создали новые слои земной коры. Да и определенному составу атмосферы, кроме благородных газов, мы обязаны бактериям. Накопление бактериальной массы привело к тому, что вулканические источники восстановленных газов (сероводород, метан и другие) сменились биологическим за счет разложения органических веществ без доступа кислорода. Из произведенного за сутки объема кислорода бактериальное сообщество ночью потребляло три четверти, но одна четверть его уходила вовне. Поэтому, нагромождая строматолитовые этажи, бактериальные сообщества насыщали атмосферу кислородом.
Под газом
Для выработки органического вещества из углекислого газа фотосинтетикам нужен свободный электрон. Вода, конечно, наиболее распространенный поставщик необходимого электрона, но для разрыва водородно-кислородной связки требуется мощный источник энергии. Бактериальный фотосинтез с использованием энергии распада сероводорода был, видимо, наиболее ранним. Этот газ расщеплять легче, чем разлагать воду. К счастью для нас, поступления сероводорода из земных глубин намного уступает объемам воды. В итоге основными фотосинтетиками стали те, кто перешел на воду (цианобактерии, водоросли, высшие растения). Молекулы воды расщепляются, а ионы водорода, подгоняемые солнечной энергией, пополняют вместе с углекислым газом запас углеводов.
