Российские ученые воссоздают «зодчество» древнейших цианобактерий
Сотрудник Института геологии Карельского научного центра Российской академии наук Андрей Лютиков создал технологию объемного моделирования строматолитов. Так называются сооружения, появившиеся на дне мелководных водоемов в результате жизнедеятельности примитивных цианобактерий, обитавших здесь в палеопротерозое. Ученый опубликовал результаты работы в «Вестнике геонаук».
Цианобактерии стали первыми живыми существами, овладевшими искусством фотосинтеза. Вместе с другими одноклеточными организмами они формировали так называемые бактериальные маты, которые стали живыми фабриками, поставляющими в воду и в атмосферу Земли кислород. Маты складываются из чередующихся слоев останков бактерий и карбонатных отложений. Жизнеспособные цианобактерии находились на самом верхнем «этаже» этого слоеного пирога. Со временем его толщина увеличивалась, нижние ярусы уплотнялись, теряли воду и превращались в окаменелости. Ископаемые остатки называют строматолитами (дословно по-гречески «каменный войлок»).
В нашей стране строматолиты представляют собой большую редкость. Одно из мест, где их можно изучать — Карелия. Возраст местных ископаемых составляет около двух миллиардов лет. Древнейшие свидетельства жизни на планете найдены в Кондопожском районе в каменистых обнажениях на берегах Сундозера, Сегозера и на некоторых островах.
Карельские строматолиты геологи и палеонтологи изучают с середины прошлого века. За это время собран впечатляющий палеонтологический материал, описаны десятки разновидностей уникальных «построек». Посмотреть образцы ископаемых можно в Музее геологии докембрия Карельского Научного Центра РАН.
Развитие современных технологий позволяет посмотреть на строматолиты по-новому. Младший научный сотрудник Института геологии КарНЦ РАН Андрей Лютиков первым в России использовал 3D-моделирование для визуализации строматолитов.
В процессе реконструкции исследователь готовит срезы окаменелостей толщиной 5–7 мм. При необходимости он шлифует тонкие пластинки. Затем фотографирует каждый срез с высоким разрешением, обрабатывает фотографии в графическом редакторе и накладывает изображения друг на друга в программе Blender.
Раньше трехмерные изображения строматолитов создавали вручную путем так называемого графического препарирования:
- Разрезали образец на пластинки;
- Зарисовывали на кальке наслоения строматолитов;
- Накладывали слои друг на друга.
Процесс занимал почти сутки. Теперь на создание модели уходит не более пяти часов, а ее точность и функциональность выше в несколько раз.
Андрей Лютиков создал уже более десяти объемных моделей строматолитов, распространенных на востоке Скандинавского щита. Характерные примеры — Segosia columnaris (Сегозеро) и Sundosia mira (Сундозеро). Всего в Карелии описано около 50 видов микробиалитов. Андрей Лютиков планирует создать модели всех видов и дополнить базу 3D-визуализациями уникального явления карельской природы.
Трехмерные модели не просто позволяют понять, что представляют собой строматолитовые сооружения вне окружающих осадочных пород. Технология строит общую модель конкретного вида строматолита на основании анализа различных образцов. Кроме того, модель унифицирует палеонтологический объект. Исследователям теперь не обязательно иметь «живой» образец перед глазами (если только речь не идет о химическом или ином точном анализе). Наконец, компьютерные версии помогают уточнять морфологические характеристики строматолитов, пока не утвержденных международной классификацией. 3D-моделирование позволяет различать мельчайшие детали структур строматолитовых построек, играющих роль при идентификации видов. Методика может стать незаменимым инструментом палеореконструкции условий среды во время формирования построек.
Морфология строматолитовых построек зависит от гидродинамики водоема. Например, Segosia (Сегозеро) и Sundosia (Сундозеро) являются столбчатыми строматолитами. У построек Sundosia наблюдаются наслоения в виде пологих арок и разветвляющиеся столбики. У Segosia арки гораздо круче, а столбики более мелкие и тесно прижаты друг к другу. По всей видимости, район Сегозера был менее спокойным, там чаще наблюдались сильные течения и волны. Изучая модели комплексно, ученые могут делать выводы, каким был гидродинамический режим в водоеме два миллиарда лет назад.
Андрей Лютиков отмечает, что трехмерная визуализация строматолитов — прекрасный инструмент популяризации науки. В музеях стоят реконструкции саблезубых тигров, мамонтов, динозавров, и даже представителей кембрийской жизни, например, трилобитов. Почему бы не показать людям строматолиты, древнейшие свидетельства жизни на Земле.
По мнению ученого, строматолиты нужно не только показывать, но и охранять. Доступность и ценность карельских окаменелостей сделали их приманкой для коллекционеров древностей и любителей легкой наживы, которые предлагают в интернете купить строматолиты всем желающим, не заботясь о целостности уникальных «построек». Благодаря усилиям научного сообщества и защитников природы в этом году Сундозерский разрез был объявлен особо охраняемой природной территорией, а добыча ископаемых в нем запрещена.
Недавно мы рассказали об окаменелостях первых млекопитающих из Гренландии, которые помогли закрыть хронологический разрыв длиной в 7 миллионов лет.
