Земля и жизнь

Вологдин Александр Григорьевич

В протерозойскую эру на выступах суши, не имеющих растительного покрова, интенсивно шло выветривание горных пород при участии физико-химических и микробиологических процессов; в морских и пресноводных мелководьях развивались водорослевые банки, часто причудливого облика. Водные растения создавали очень своеобразные накопления известняка и даже древнейшие рифы и банки. "В поле" исследователь далеко не всегда отличит небольшие водорослевые скопления карбонатной породы от вмещающих отложений. Но повторяемость рисунка поверхности породы иногда подсказывает, что найдены остатки ископаемых древнейших водорослей. Порода местами оказывается кривослоистой, и это уже частый признак ее водорослевого происхождения; иногда видны известковые тела, которые при разрушении, при выветривании как бы расслаиваются на отдельные пластинки. Это водорослевые известковые образования - строматолиты, иногда достигающие значительных размеров. Они бывают

построены или неправильно, или в виде относительно правильных куполов, состоящих из последовательно наросших друг на друга куполовидных годичных наслоений. В некоторых слоях поперечные сечения водорослевых образований кажутся округлыми, концентрически слоистыми, тогда как в действительности это вытянутые вверх тела, чаще конической формы, до метра в высоту и до полуметра в поперечнике у основания. Иногда это крупные тела с округлой поверхностью, тоже сложенные как будто из отдельных корок. В изломе видно, что первоначально маленькое известковое тело постепенно, слой за слоем, обрастало все больше сверху и с боков, сохраняя почти шаровидную форму. Кое-где на скалах как будто нарисованы колонки, состоящие тоже из наслоений, тянущиеся в одном направлении и время от времени ветвящиеся. Лишь при более внимательном рассмотрении видно, что местами они срастаются друг с другом, отклоняются в ту или другую сторону. В одном случае колонии водоросли построили слой породы толщиной в 36 м при скорости роста 1 мм за год. Это значит, что данный вид водоросли, с ее микроскопическими колониями, просуществовал 36 000 лет.

Типы проявления жизни в докембрии: остатки червей, синезеленые водоросли в виде лучистых колоний (ув. в 325 раз), спикулы губок и спор (ув. в 725 раз), отпечаток медузы (уменьш. в 2 раза) и строматолиты, образованные известковыми водорослями (по Р. Моору)

Специальное лабораторное изучение показывает, как виды микроскопических водорослевых колоний с течением времени непрерывно сменяли друг друга. Отдельные слои породы могут иметь различное строение и слагаться из водорослевых сооружений разной формы и размеров. Часто геологическая жизнь большей части этих ископаемых видов оказывается относительно короткой: смена одних породообразователей другими иногда происходила через 20-30 см, или даже менее. При годичном приросте, составлявшем около 0,1-0,5 мм, длительность жизни видов этих водорослей измеряется всего сотнями лет.

Колонковые строматолиты из отложений докембрия (Северный Китай). Фото автора

Для изучения строматолитов из них выпиливаются тонкие прозрачные шлифы, определенным образом ориентированные по отношению к направлению нарастания строматолитов. Если сохранность первичных структур водорослевых колоний достаточная, в шлифе можно видеть особенности строения остатков водорослей. При зарисовках с увеличениями в 10-400 раз видны округлые клеточные колонии из окаменевших сгустков слизистой массы в виде тяжей разной формы, или же удлиненные многорядные нити, тоже с остаточными структурами слизистых масс колоний синезеленых водорослей. Специальными исследованиями шлифов, зарисовок с них и микрофотографий раскрыто огромное разнообразие водорослевых структур из отложений докембрия. Это позволило описать массу видов, принадлежащих к нескольким десяткам родов синезеленых и красных водорослей.

Сосуществование множества видов водорослей привело к построению многообразных строматолитов в одном слое породы. Поздний синий (Китай). Фото автора

Таким образом, непонятные прежде известковые стяжения - строматолиты, ныне во все большем количестве обнаруживаемые в слоях древних морских и пресноводных отложений и часто составляющие мощные слои породы, оказываются продуктами жизнедеятельности древнейших фотосинтезирующих организмов.

У некоторых водорослей при быстрой фоссилизации газовые пузырьки, оставшиеся в слизи, входили в структуру своеобразных лентовидных строматолитов, обладающих временной способностью подниматься над субстратом. В результате образовывались своеобразные заросли из жестких известковых лент, которые, по мере рассасывания пузырьков кислорода и заполнения их объемов вторичным кальцитом, опускались на дно и накапливались иногда слоем в несколько метров мощностью. Часто водорослевые банки протерозойского времени приобретали общее куполовидное очертание, по-видимому, выгодное в условиях обитания в зоне морского волнения (до глубины в 20 м). Интересно отметить, что лишь в конце кембрийского периода, т. е. много позднее, эта способность некоторых водорослей, обитавших в условиях рифа или мелководной банки, получила очень изящное выражение. Колонии водорослей сезон за сезоном образовывали сотни и тысячи колонок, куполовидные завершения которых вверху составляли в свою очередь более крупные купола, что, несомненно, возникало в процессе естественного отбора под влиянием волн. Рифы менее правильной формы под ударами волн часто разрушались. Между тем куполовидная поверхность групп водорослевых колонок оказывалась защищенной от такого разрушения. Интересно, что в построении колонок иногда участвовали последовательно многие виды водорослей, принадлежащие даже к разным родам. Ниже волновой зоны моря часто многие виды водорослей существовали совместно, по соседству, и образовывали известковые тела, строматолиты разной формы.

Остатки одноклеточных водорослей из строматолитового известняка верхнего докембрия на о-ве Кильдин. (Ув. в 40 тыс. раз). Фото В. В. Любцова

Интересный тип остроконических строматолитов образовывали разные виды водорослей, одинаково подвижные колонии которых скользили по субстрату, прежде чем частично от него оторваться. В таких случаях водорослевые банки имели вид остроконечного частокола, с предельными поперечниками до 10-15 см.

Удалось также выяснить, почему часто строматолиты имеют выпуклые вверх, иногда даже куполовидные наслоения. Оказывается, в слизистой массе древнейших синезеленых водорослей выделяемый ими кислород часто застревал в виде пузырьков. Эти пузырьки, стремясь подняться вверх, способствовали скольжению колонии по субстрату к более высоким точкам его поверхности. Образовывались вздутия колоний с тенденцией к образованию конических форм, если пузырьки скапливались в осевой зоне в большем количестве, чем по краям дерновинки водоросли. Часто в последующих наслоениях колонии водоросли скользили вверх по этим вздутиям, а иногда даже частично срывались с субстрата и всплывали в верхние слои воды. Так за столетия и тысячелетия формировались конические, иногда даже остроконечные, строматолиты.

Это свойство проявлялось у многих видов водорослей в разное геологическое время. Конические строматолиты образовывались во все времена докембрия, в разные эпохи кембрия и даже ордовика, исчезнув вообще лишь при общем спаде геологической деятельности водорослей, когда появились древнейшие группы морских беспозвоночных животных.

Таким образом, как конические, так и куполовидные формы строматолитов не имеют прямого отношения к систематике породообразующих водорослей.

Микроструктура строматолита из отложений докембрия. Видна быстрая смена породообразующих форм. Фото автора

Следует учесть, что преобладающее количество видов древнейших водорослей не образовывало четких тел постоянной формы типа строматолитов, а наслаивало осадок, превращая его в плотную породу, где лишь частично сохранялась морфология колоний и продукты их жизнедеятельности, то в виде прихотливо изогнутых столбиков, то в виде неправильных стяжений мелких известковых комочков, подобных цветной капусте. Изученность этих древнейших водорослей еще очень низка. Однако за последние годы в слоях морских отложений, образовавшихся от 1200 до 600 млн. лет назад (синийский период), выявлено большое разнообразие родов и видов синезеленых и красных водорослей, одновременно раскрывших перед нами и абсолютные скорости роста водорослевых колоний и отражение на их жизнедеятельности влияния 11-летних циклов солнечной радиации. По тому, как ориентированы в пространстве скопления карбонатного материала, созданные жизнедеятельностью водорослевых колоний за длительные промежутки времени, можно определить общее направление светового потока.

Часть поверхности водорослевой банки со слабовыпуклыми наслоениями. Ранний протерозой (Китай). Фото автора

Самый главный результат исследований состоит в том, что установлена возможность вскрывать остаточные биогенные структуры у карбонатных стяжений водорослевого происхождения. Таким образом был обнаружен целый мир водорослей и водорослевых сообществ, крайне интересный для развития палеоботанической науки, для сопоставления по этим остаткам отложений разных районов, иногда весьма удаленных друг от друга, как, например, Енисейский кряж и Прибайкалье, район Туруханска и бассейн р. Алдана и т. д.