Архей

Архейский эон, архей (др.-греч. ἀρχαῖος — «древний») — один из четырёх эонов истории Земли, охватывающий время от 4,0 до 2,5 млрд лет назад.

Самый древний этап жизни Земли. Начался по окончании Поздней тяжёлой бомбардировки около 3,8 млрд лет назад и продолжался до Кислородного события около 2,5 млрд лет назад. Архей охватывает период от первых сохранившихся цельных горных пород, уже имевших следы развитой прокариотической жизни в форме полноценных бактериальных матов, до возникновения эукариот.

Термин «архей» предложил в 1872 году американский геолог Джеймс Дана.

Архей разделён на четыре эры (от наиболее поздней до наиболее ранней):

неоархей (2,8—2,5 млрд лет назад),

мезоархей (3,2—2,8 млрд лет назад),

палеоархей (3,6—3,2 млрд лет назад),

эоархей (4,0—3,6 млрд лет назад).Биота Земли в архейский эон представляла собой сообщества анаэробных прокариот. Геобиологические исследования осадочных пород архея свидетельствуют, что развитая прокариотическая жизнь на Земле существовала более 3,7-3,8 млрд лет назад, но вопрос о том, когда возник оксигенный фотосинтез, по-прежнему остаётся без чёткого ответа. Первые окаменелости, на которых, как полагают, отпечатались нитчатые фотосинтезирующие организмы, были датированы в 3,4 млрд лет. В этот же период активно формируются многие ныне существующие залежи серы, графита, железа и никеля.

В раннем архее атмосфера и гидросфера, по-видимому, представляли смешанную парогазовую массу, которая мощным и плотным слоем окутывала всю планету. Проницаемость её для солнечных лучей была очень слабая, поэтому на поверхности Земли царил мрак. Парогазовая оболочка состояла из паров воды и некоторого количества кислых дымов. Ей присуща была высокая химическая активность, вследствие чего она активно воздействовала на базальтовую поверхность Земли. Горный ландшафт, равно как и глубокие впадины, на Земле отсутствовали. Считается, что плотность и давление атмосферы в позднем архее были значительно выше современных, однако по результатам некоторых новых исследований их значения уступали современным более чем в два раза. В эпоху архея происходила дифференциация парогазовой оболочки на атмосферу и гидросферу. Архейский океан был мелким, а воды его представляли крепкий и очень кислый солевой раствор.

Согласно исследованию Танаи Кардона (Tanai Cardona) и его коллег из Имперского колледжа Лондона оксигенный фотосинтез (фотосистема II) появился в раннем архее 3,5 млрд лет назад, задолго до появления первых цианобактерий и «кислородной катастрофы», произошедшей 2,45 млрд лет назад.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

АРХ?Й, древнейший этап развития Земли или группы горных пород, образовавшихся в этот этап; сокращённое от греч. археозой (время простейшей – архаической жизни); название предложено американским геологом Дж. Дана в 1872 г. Одна из двух составных частей докембрия, или криптозоя. Длительность более 1050 млн. лет. Считается, что этот этап начался с момента консолидации земной коры на планете и появления одноклеточных организмов, в т. ч. способных усваивать энергию солнечных лучей в процессе фотосинтеза; закончился ок. 2,5 млрд. лет назад. Подразделяется на два эона (эонотемы): ранний (нижний) и поздний (верхний) архей длительностью соответственно более 400 и 650 млн. лет. На геологических картах горные породы архейского возраста показываются тёмно-розовым цветом.

Александр Павлович Горкин, Энциклопедия «География». Часть 1. А – Л (с иллюстрациями)

Так что жизнь не только могла зародиться в «теплом прудике», как предполагал Чарлз Дарвин в письме к своему другу, английскому ботанику Джозефу Гукеру, но и долгое время существовать в тепличной обстановке. В теплой среде и темпы эволюции, вероятно, были выше. Поэтому уже в архейском эоне существовали всевозможные группы бактерий и архей, освоивших разные обстановки и образовавшие сложные сообщества. Обычно мы их не видим, а если видим, то отличить одни округлые микроскопические тельца от других (большинство прокариот имеет именно такую, коккоидную, форму) даже на современном материале без специальных анализов невозможно, но их присутствие чувствуется. В первую очередь благодаря изотопной подписи, оставленной фототрофами, буквально – «питающимися светом» (от греч. ?ως – свет и τρο?? – пища).

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

Древнейшие клетки известны из архея: первые цианобактерии и даже их сообщества – строматолиты – найдены в отложениях Южной Африки и США и имеют возраст 3,55 млрд лет. Надо думать, примерно тогда же появилась ДНК, оказавшаяся более устойчивой и надежной, чем РНК.

Станислав Дробышевский, Достающее звено. Книга 1. Обезьяны и все-все-все, 2017

Геохронология показана в табл. 2. Все эпохи выявлены по резким сменам фаун (но не флор). Жизнь возникла в начале архея в форме доорганизменных протоэкосистем, затем распавшихся на бактерии. В Карелии они уже формировали почву суши, но лишь в венде в морях появились многоклеточные животные. То была эдиакарская (место в Южной Австралии) фауна. Ныне вместо венда помещают «эдиакарий» и, под ним, «криогений» – время, когда поверхность Земли на 200 млн лет обратилась в снежную пустыню. Морская жизнь тогда выжила – это к вопросу о «ядерной зиме». При смене докембрийской фауны на кембрийскую (членистоногие, моллюски, иглокожие) началась хорошо документированная эволюция. Позвоночные появились в морях тоже в кембрии.

Ю. В. Чайковский, Эволюция как идея, 2017

Геофизики давно полагали, что движение литосферных плит началось в архее. Это одна из древнейших эпох в геологической истории нашей планеты. Ее сроки традиционно ограничиваются следующими временными рамками: 3,8–2,5 миллиарда лет назад. Не ясно было только, что запустило этот планетарный механизм. Ведь в более раннюю эпоху вся поверхность Земли была покрыта однородной гранитной корой, которая оставалась неподвижной.

Александр Волков, 100 великих загадок астрономии, 2012

Равновесный уровень СО2, достигаемый в процессе захоронения, оценить гораздо сложнее. Оценки равновесного парциального давления углекислого газа разнятся от 0,1 до 5 атмосфер, что соответствует средней температуре Земли от −50 до +50 °C. В первом случае полного замерзания все равно не происходит – остаются теплые оазисы вокруг многочисленных активных вулканов. Кроме того, эти оценки не учитывают вклад метана в парниковый эффект. Хотя метан в атмосфере нестабилен, он постоянно образуется в процессе серпентинизации океанской коры. Это реакции горячей (300–500 °C) воды с базальтами, в которых железо базальта окисляется до трехвалентного (магнетит), а вода восстанавливается до водорода. В присутствии СО2 водород тут же реагирует с ним, и основными продуктами становятся метан и муравьиная кислота. В воде умеренно-теплых (70 °C) геотермальных источников Лост-Сити (Срединно-Атлантический хребет) содержание метана и муравьиной кислоты достигает 50 мг/л, а в древности выход метана мог быть гораздо больше. Так что примесь метана в древней атмосфере могла составлять до 0,1 %, а его вклад в парниковый эффект – 20–30 °C температуры. Кроме того, появление фотосинтезирующей жизни должно было уменьшить концентрацию СО2 в атмосфере и температуру по сравнению с безжизненной Землей, а следы оледенений в отложениях архейского периода ограничены одним эпизодом 2,9 млрд лет назад. Следовательно, в более ранних эпохах климат Земли был теплым, а оледенений не было. Оледенения, последовавшие в протерозойскую и фанерозойскую эры, были следствием работы фотосинтетических организмов, изымавших из атмосферы углекислый газ и выделявших кислород. Благодаря им температура Земли не слишком меняется, несмотря на 30 %-ное увеличение светимости Солнца с начала архея.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Но оставим в покое немцев и их цепеллины. Существуют ли на земле другие реакции с выделением тепла? Конечно. Например, оба изотопа урана, распространенные на Земле, нестабильны. Однако наибольшее тепловыделение происходит при бета-распаде калия-40 – просто потому, что на Земле гораздо больше калия, чем тория, урана и некоторых других нестабильных изотопов. Калий-40 спонтанно превращается в аргон-40, который остается в породе (на этом основан калий-аргоновый метод определения возраста породы). Но можно ли считать радиоактивный распад калия-40 главной причиной высокой температуры земных недр? Какое-то время считалось, что да, можно. Теперь ясно, что эта причина – второстепенная. Распад радиоактивных элементов в настоящее время обеспечивает лишь 15 % нагрева, а 85 % приходится на нагрев вследствие гравитационной дифференциации недр планеты. Лишь в архее и раннем протерозое распад калия-40 мог конкурировать по энерговыделению с гравитационной дифференциацией. Теперь же калия-40 в земных недрах осталось гораздо меньше, чем в те времена.

А. Н. Громов, Удивительная Солнечная система, 2012

Но есть у цианобактерий еще одно важное свойство: они прямо поглощают атмосферный азот. При нормальном освещении цианобактерии выделяют много кислорода, а азота поглощают мало. Однако стоит повысить интенсивность света, как фотосинтез подавляется, кислород перестает выделяться, зато азот начинает поглощаться в повышенных дозах. Как это понимать? Тут, может быть, стоит вспомнить, что в условиях бескислородной атмосферы древней Земли предки сине-зеленых подвергались интенсивному облучению солнечной радиацией. Результатом их деятельности того периода послужили, во-первых, накопление связанного азота – источника питания будущих более высокоорганизованных форм живого и, во-вторых, постепенное выделение кислорода в атмосферу и произошедшее из-за этого ослабление интенсивности солнечного света. А цианобактерии, видимо, в любой момент готовы вернуться к прежней жизни в бескислородной среде, той самой, которая была у них в архее.

О. О. Фейгин, Планета бурь, 2016

Они и сейчас составляют основу жизни в морях и пресноводных водоемах. Они так малы, что их можно увидеть лишь с помощью микроскопа. В капле воды из небольшого пруда их тысячи и тысячи. С этих простейших одноклеточных началось развитие всей животной жизни. В конце протерозоя, следующей эры после архея, 1000—600 млн лет назад, уже существовала довольно богатая фауна: медузы, полипы, плоские черви, моллюски и иглокожие.

Н. Н. Непомнящий, 100 великих тайн доисторического мира, 2014

Археи демонстрируют более узкое, но также сложное распределение размеров генома от примерно 0,5 Мб у паразита/симбионта Nanoarchaeum equitans до примерно 5,5 Мб у Methanosarcina barkeri, с острым пиком в районе 2 Мб, который практически точно соответствует расположению плато бактериальных геномов малого размера, вторым небольшим пиком около 3 Мб и тяжелым хвостом, соответствующим геномам большего размера (см. рис. 5–1). При этом смещения в базе данных опять могут быть существенными, так как в настоящее время геномов архей секвенировано примерно на порядок меньше, чем геномов бактерий, так что пока может быть еще просто недостаточно данных для выявления истинной формы распределения размеров геномов. Однако более вероятно, что археи действительно являются менее разнородной группой, как будет обсуждаться далее в данном разделе.

Е. В. Кунин, Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции, 2012

Самой многочисленной и разнообразной группой живых организмов на Земле являются прокариоты, к которым относятся бактерии и археи. Считается, что на нашей планете обитает около 1030 прокариот. По некоторым оценкам, количество их видов может достигать миллиарда101, но даже по самым скромным подсчетам речь идет о десятках миллионов видов. Между тем есть основания полагать, что только в кишечнике одного человека живет более триллиона клеток, относящихся к более чем пятистам видам бактерий102.

Александр Панчин, Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей, 2016

«Все должно начинаться с чего-то маленького и простого». Это утверждение кажется логичным, но существуют и другие точки зрения. Геном бактерий и архей состоит примерно из 1 млн нуклеотидов, что слишком много для начала. По крайней мере я так думаю. Должно было быть что-то поменьше, гораздо меньше, и более примитивное: возможно, комбинация нескольких молекул, биомолекул в часто упоминаемом дарвиновском «маленьком теплом пруду». Вполне возможно, что РНК как первая биомолекула легла в основу древа жизни. Ученые, открывшие гигантские вирусы, приводят веские доводы в пользу гипотезы о том, что сначала появились гигантские вирусы, но может оказаться, что это необъективная точка зрения – эти вирусы слишком большие, чтобы быть первыми. Первая РНК уже как бы «голый» вирус, а точнее вироид. И такая РНК до сих пор обитает в наших клетках. (Ниже мы подробнее остановимся на этом вопросе.)

Карин Мёллинг, Вирусы: Скорее друзья, чем враги, 2017