Донные отложения в кратере метеорита, упавшего в Мексиканском заливе и приведшего к гибели динозавров, указывают на признаки развитой микробной жизни в первые годы после катастрофы.
В рамках Международной программы исследования Мирового океана IODP (International Ocean Discovery Program) при помощи подводного бурения в 2016 году в эпицентре падения был извлечено около 900 метров керна (монолитной породы, неразрушенной бурением) отложений под дном моря. Его исследование позволило восстановить события, происшедшие в первые минуты после падения метеорита, а также восстановить эволюцию микробиальных систем и ближайшую геологическую историю места падения в следующие несколько миллионов лет.
Кратер Чикшулуб (Chicxulub) в районе Мексиканского залива образовался 66 миллионов лет назад в результате удара сверхкрупного метеорита. Это событие вызвало природную катастрофу и, как считается, привело к массовому вымиранию видов в конце мелового периода. В частности, вымерли все нептичьи динозавры, тем самым освободив экологическую нишу для развития в кайнозое млекопитающих и, в конечном итоге, появления позже высокоразвитых обезьян и человека.
Метеорит, врезавшийся в Землю, был около 10 км в диаметре, а сам импактный кратер имеет диаметр 180 километров, располагаясь частично в акватории Мексиканского залива, частично — на полуострове Юкатан. Подобно большинству метеоритных кратеров («астроблем») на Земле, он почти не проявляется в рельефе. Однако он чётко прослеживается по результатам исследования геофизических полей, в частности, в виде характерных концентрических аномалий гравитационного поля, а также по наличию на его месте специфических пород — импактитов, которые образовываются под воздействием энергии ударной волны метеоритов. Последствия этого удара, в частности, наблюдаются во многих местах Земли в виде отложения тонкого слоя глинистых пород с повышенным содержанием иридия как раз на временнóй границе, отделяющей меловой период от последующего палеогенового. Это был один из первых убедительных аргументов, который позволил связать вымирание динозавров (и, следовательно, смену геологических эпох) с падением чикшулубского метеорита.
От удара метеорита образовался кратер глубиной около 20 километров. Вся жизнь в окрестностях кратера должна была погибнуть из-за разогрева ближайших пород до нескольких сот градусов и воздействия сверхзвуковой ударной волны. Очевидно, звуковая и тепловая волна прошла по обширным пространствам, вызвав лесные пожары и повалив деревья на американском континенте. Кроме того, удар вызвал критические изменения в экосистеме всей планеты: на следующие несколько лет количество падающего на поверхность солнечного света резко сократилось из-за пыли, соответственно произошёл коллапс производительности фитопланктона, что необратимо повлияло на все пищевые цепочки.
У геологов раньше имелись свидетельства того, что жизнь на месте удара восстановилась достаточно быстро — всего за 200—300 тысяч лет бассейн вернулся к олиготрофным условиям. Пока что не хватало полной картины того, что происходило в самом эпицентре в ближайшие месяцы или годы после взрыва. Исследованием извлечённых при бурении горных пород занимались многие группы. В научной литературе были свидетельства о появлении более ранней жизни, однако они были отрывочны и скорее собраны по косвенным признакам. Подробное исследование пород, образовавшихся вскоре после удара, наконец позволило восстановить предположительную судьбу биосистемы. Статья международной исследовательской группы из Австралии, США и нескольких стран Европы вышла 22 января в журнале Geology.
В первые часы или дни после удара кратер ожидаемо был затоплен водами океана, а поднявшееся при этом цунами позволило в избытке накопить обломочный материал из находящихся поблизости и разрушенных известняковых рифов. Также в кратере оказался материал прибрежных бактериальных матов. Основным результатом исследования, однако, было обнаружение первых следов жизнедеятельности микроорганизмов почти сразу (дни или месяцы) после взрыва. В частности, речь идёт о цианобактериях. Эти простейшие микроорганизмы организуются в протяжённые колонии — бактериальные маты, и такие постройки часто встречаются на современных побережьях. Несколько десятилетий назад их относили к царству растений, поэтому в палеонтологии устоялось ещё одно их название — сине-зелёные водоросли. Кроме того, ископаемые остатки таких матов — строматолиты — известны с протерозоя (2,5 млрд лет) и являются одним из самых древних ископаемых свидетельств жизни на Земле. В горных породах, откладывавшихся непосредственно после взрыва, обнаружены следы, указывающие на развитие таких колоний. Благоприятные условия для этого обеспечивались в частности сносом с суши питательных веществ в терригенном материале. Кроме того, такие следы жизнедеятельности обнаружены в отложениях поверх слоя фоссилизированных остатков растений, смытых в кратер во время цунами, однако ниже слоя отложений с повышенным содержанием иридия. Этот слой образовался повсеместно по всей Земле, когда через несколько лет после падения метеорита наконец улеглись облака пыли с его остатками. То есть микробная жизнь в кратере Чикшулуб началась даже не через десятки тысяч лет (по геологическим меркам совершенно незначимый промежуток времени), а практически сразу после удара. Более того, «заселение» бактериями началось ещё тогда, когда солнечный свет по всей Земле был практически недоступен. Другие молекулярные следы указывают на присутствие в кратере микроорганизмов, которые живут в водах, лишённых кислорода. Такие анаэробные «мёртвые зоны» с соответствующими бактериями — не редкость на Земле в глубоких слоях почвы или определённых типах болот, и они же сезонно возникают летом на глубине на некоторых участках современного Мексиканского залива (аналогичные зоны встречаются на больших глубинах в Чёрном море). Однако в отложениях того периода обнаружены и следы бактерий, которым для жизнедеятельности кислород необходим. Предполагается, что даже в экстремальных условиях после образования метеоритного кратера вода всё же не была полностью анаэробной: или «мёртвые зоны» появлялись сезонно, как сегодня, или же они распространялись только на определённые слои в море.
Изучение ранней истории возобновления жизни после катастрофического метеоритного удара позволяет лучше понять механизмы адаптации экосистем к критическим природным воздействиям. Микробные сообщества являются первичным звеном, контролирующим баланс кислорода и других газов в атмосфере и принимающим на себя последствия природных катастроф. Их отклик на внешние воздействия — существенная часть моделей изменения климата и саморегуляции природной среды.
Автор: Сергей Шапиро