Bagaimana cara bertahan hidup di zaman es paling parah dalam sejarah Bumi?

Dalam kartun "Zaman Es" kita menyaksikan petualangan menyenangkan sekelompok hewan beraneka ragam selama glasiasi global. Pada kenyataannya, kondisinya jauh lebih parah, dan organisme hidup melakukan yang terbaik untuk memperpanjang keberadaan mereka. Jika kita ingat cryogeny, zaman es paling parah dalam sejarah planet kita, maka muncul pertanyaan yang jelas - bagaimana organisme hidup bertahan hidup? Sekelompok ilmuwan dari Universitas McGill (Montreal, Kanada) memutuskan untuk mengumpulkan semua informasi yang tersedia tentang kriogenik dan menemukan bahwa eukariota bertahan melalui "oksigen oasis". Apa proses fisikokimia yang berkontribusi pada kelanjutan kehidupan di Bumi, dan peran apa yang dimainkan oleh air gletser yang meleleh dalam hal ini? Ini dan bukan saja kita belajar dari laporan kelompok riset. Ayo pergi.

Dasar studi

Untuk menentukan cryogeny sebagai periode waktu, perlu membongkar boneka bersarang geokronologis: Precambrian - Proterozoikum - Neoproterozoikum - Cryogeny. Itu dimulai sekitar 720 juta tahun yang lalu, dan berakhir 635 juta tahun yang lalu, yaitu berlangsung 85 juta tahun.

Zaman es adalah istilah kolektif, karena dalam sejarah planet ini ada beberapa yang terjadi di era yang berbeda: Kenozoikum (20-30 juta tahun lalu); Paleozoikum (380-240 juta tahun lalu); neoproterozoic (900-590 juta tahun yang lalu); Paleoproterozoikum (2,5-2,2 miliar tahun yang lalu).

Cryogeny, yang merupakan periode kedua dalam Neoproterozoikum (sebelum itu ada tonium, dan setelah itu - ediacaria), tidak bisa disebut sebagai zaman es terpanjang atau terdingin. Begitulah glasiasi Huron, yang berlangsung sekitar 300 juta tahun selama Paleoproterozoikum. Namun, cryogeny sering disebut glasiasi paling parah. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama periode ini hampir seluruh permukaan bumi ditutupi dengan es dan salju, dari mana nama teori " Snowball Earth " muncul, menjelaskan fenomena ini.

Cryogeny secara resmi diakui relatif baru-baru ini, pada tahun 1990 ia diratifikasi oleh komisi internasional tentang stratigrafi, yang berkaitan dengan masalah stratigrafi * , geologi dan geokronologi pada skala global.

Stratigrafi * adalah cabang geologi yang bertujuan untuk menentukan usia geologi batuan sedimen dan vulkanik berlapis.

Amuba fosil ( Arcellinida ), yang diyakini telah berkembang selama periode ini, telah selamat dari cryogeny hingga saat ini. Juga, fosil-fosil spons tertua berasal dari periode cryogenic. Meskipun iklim pada saat itu sangat parah, ganggang merah, ganggang hijau, stramenopili, ciliate, dinoflagellata dan amuba kerang muncul. Dan pada akhir cryogenesis, plankton heterotrofik terbentuk, memakan alga dan prokariota uniseluler.

Perlu dicatat bahwa suhu tidak sebanyak icing sebenarnya memiliki efek negatif pada kehidupan selama periode cryogenesis. Lautan yang tertutup es menjadi tidak cocok untuk kehidupan karena kekurangan oksigen. Namun, karena kita ada di sini, itu berarti sesuatu membantu eukariota mengatasi semua kesulitan zaman es dan melanjutkan perkembangan mereka dan menyebar ke seluruh planet ini. Dalam penelitian yang kami pertimbangkan saat ini, para ilmuwan menyarankan bahwa eukariota dibantu oleh "oksigen oasis" yang terbentuk di lautan melalui air es yang mencair. Mereka melakukan analisis data geologi dan sampai pada kesimpulan bahwa teori ini benar.

Para ilmuwan mencatat bahwa dalam banyak suksesi * periode kriogenik yang ditemukan di seluruh planet ini, deposit besi (IF dari formasi besi ) ditemukan.

Suksesi * - urutan kronologis lapisan (lapisan atau strata) tanah atau batuan sedimen. Hukum suksesi fauna mengatakan bahwa sisa-sisa Neanderthal tidak dapat ditemukan di lapisan tanah yang sama dengan sisa-sisa megalosaurus, karena kedua spesies ini hidup dalam periode geologi yang berbeda, dipisahkan oleh jutaan tahun.

Temuan ini adalah data geokimia penting mengenai proses yang terjadi di lautan selama masa penipisan. Untuk mendapatkan gambaran umum tentang proses redoks di lautan selama glasiasi ekstrem, para ilmuwan mengumpulkan data dari sembilan suksesi yang mengandung IF, dari tiga paleocontinents (benua kuno), sesuai dengan lokasi modern seperti: Namibia, Australia dan Amerika Serikat.


Gambar No. 1: lokasi yang dipilih untuk penelitian, serta sedimentologinya (studi batuan sedimen dan proses pembentukannya).

Semua 9 mempelajari suksesi yang mengandung IF menunjukkan bukti sedimentologis sedimentasi di lingkungan lautan es, termasuk hubungan stratigrafi dengan sedimen yang tertutup es laut dan diamictit * berisi fragmen yang diarsir glasial * .

Diamiktit * - batuan sedimen yang mengandung fragmen-fragmen batuan dengan ukuran yang berbeda.

Penetasan gletser * - satu set goresan paralel pada permukaan batu yang terbentuk karena kontak dengan pasir atau kerikil yang termasuk dalam permukaan bawah gletser. Ice hatching digunakan untuk menentukan pergerakan gletser selama glasiasi.

Deposit yang ditemukan dalam sampel dapat dibagi menjadi beberapa kelompok tergantung pada mekanisme dan zona pembentukannya.

Zona kontak glasial adalah ruang sempit dalam ~ 2 km dari garis dasar, di mana diamictit besar berbutir kasar banyak karena pencairan es basal * dan presipitasi di rak es.

Basal ice * - es di dasar gletser.

Zona glasial-distal (lebih dari 10 km dari garis dasar) terutama ditandai oleh sedimen berlapis butiran halus yang diperoleh dari sedimentasi sedimen tersuspensi dari aliran air leleh dan endapan turbidit * .

Turbidit * - satu set batuan sedimen yang terbentuk di air yang dalam karena zat yang dibawa oleh aliran keruh.

Zona glasial-proksimal adalah perantara antara kontak (di mana batu berada di kontak dengan es) dan distal. Ada juga diamictitis, tetapi dalam jumlah yang lebih kecil daripada di media yang bersentuhan dengan es.

Zona sedimentasi formasi yang dipelajari bervariasi tergantung pada wilayah dan stratigrafi, oleh karena itu, setiap sampel yang mengandung IF ditugaskan lingkungan lautan gletser (media kontak, es proksimal atau es es) berdasarkan pada fitur eksternal yang berlaku dari kelompok * litologi tertentu.

Litologi * - mempelajari komposisi, struktur, asal dan perubahan batuan sedimen.

Sampel dari Namibia didominasi oleh diamictites besar yang mengandung fragmen banyak segi dan menetas. Di beberapa tempat, bukti ditemukan deformasi subglacial dalam media kontak-es. Sampel yang mengandung IF ( 1C ) dicampur dengan diamictites ini memang kaya akan zat besi (Fe). Namun, beberapa dari mereka mengandung lebih sedikit diamictites, tetapi lebih banyak sedimen dasar laut, menunjukkan berbagai kondisi sedimentasi dari kontak glasial ke zona glasial-distal.

Sampel dari Australia Selatan ( 1D ) ditandai dengan keberadaan diamictit dengan puing-puing besar, batulanau * dan serpih * berisi dropstone * .

Siltstone * adalah batuan sedimen padat yang terbentuk dari batuan sedimen detrital lepas yang longgar (mis., Dari batulanau) selama proses litifikasi (konversi sedimen lepas menjadi batuan keras).

Batu tulis * adalah batu dengan struktur berlapis yang terdiri dari berbagai mineral.

Dropstone * - sepotong batu yang jatuh karena melelehnya es mengambang ( drop -drop dan batu -batu).

Sampel dari California (AS) sebagian besar terdiri dari batupasir dan batupasir turbidit, serta diamictit kecil. Batuan yang mengandung IF dalam sampel dari AS cukup tipis (kurang dari 5 m) dan dicampur dengan batulanau, batupasir dan endapan aliran massa, yang menunjukkan asal glasial-distal. Namun, endapan yang mengandung IF yang terkait dengan diamictit masif dikaitkan dengan zona glasial-distal ( 1E ).

Dari pengamatan di atas, berarti bahwa deposit yang mengandung IF ada di semua sampel dalam satu atau jumlah lain.


Gambar 2: Plot redoks deposit besi (IF).

Untuk membuat gambaran umum dari proses redoks selama periode glasiasi, data unsur dan isotop-geokimia dari endapan besi dikumpulkan dengan pemindaian petrografi.

Endapan besi (IF) adalah hematit berbutir halus (Fe2O3) dengan pengotor dalam bentuk semen dan detritus. Pengendapan endapan ini terjadi karena oksidasi besi terlarut dalam air laut.

Data geokimia IF menunjukkan urutan yang jelas, yang dapat dijelaskan oleh kedekatan relatif dengan garis kontak es dan batuan, dan ini dapat menunjukkan adanya gradien reaksi redoks (OVR) tertentu.

Jadi JIKA kontak dengan es adalah yang paling diperkaya dalam zat besi ( 2A ). Fakta keberadaan besi dalam endapan, meskipun tingkat deposisi detritus yang tinggi di zona kontak es dan batuan, menunjukkan proses oksidasi besi yang cepat dalam kondisi ini.

Seperti besi, mangan (Mn) adalah logam yang peka terhadap OVR yang larut dalam kondisi bebas oksigen, membentuk oksida di hadapan O ₂ . Oksida mangan dengan cepat mengalami pelarutan reduktif dengan adanya besi besi dalam air laut. Oleh karena itu, pengayaan dengan oksida mangan dapat dikaitkan dengan aliran air yang mengandung oksigen.

Keragaman OVR air laut juga dikonfirmasi oleh geokimia unsur-unsur tanah jarang yang ada di IF, seperti cerium (Ce). Serium habis dalam air laut dalam kondisi oksigen, dibandingkan dengan tanah jarang yang tidak sensitif terhadap OVR karena pemurnian oksidatif, yang mengarah pada anomali serium * (Ce _n / Ce _n * <1) dalam air laut oksigen.

Anomali cerium * adalah fenomena dalam geokimia di mana konsentrasi serium (Ce) menurun atau meningkat pada batuan dibandingkan dengan unsur tanah jarang lainnya.

Pengamatan ini juga mengkonfirmasi keberadaan air laut yang diperkaya oksigen di dekat zona lapisan es.

Komposisi isotop Fe dari deposit besi yang diteliti memberikan ide tambahan tentang dinamika SIR di lingkungan laut periode kriogenik. IF memiliki rentang isotop ( 2D ) yang sangat luas dengan nilai Fe ⁵⁶ Fe yang sangat rendah (hingga -1,8 ‰) dan nilai tinggi yang tidak normal (hingga 2,7 ‰). Nilai negatif mengesankan of ⁵⁶ Fe (nilai rata-rata δ ⁵⁶ Fe = −0.57 ‰; n = 14) ditemukan secara eksklusif dalam sampel dari zona kontak batuan es. Semua sampel lain memiliki nilai positif δ ⁵⁶ Fe: nilai rata-rata δ ⁵⁶ Fe = 1.1 ‰, n = 21 (zona glasial-proksimal); nilai rata-rata δ ⁵⁶ Fe = 1,5; n = 46 (zona glasial-distal). Ini menunjukkan bahwa nilai meningkat ketika dipisahkan dari zona kontak es dan batu.

Meringkas hasil di atas (pengayaan redoks logam, anomali Ce dan Fe isotop), orang dapat melihat kecenderungan untuk meningkatkan oksigenasi (pengayaan oksigen) air laut di sekitar lapisan es. Oleh karena itu, sumber O ₂ adalah lapisan es itu sendiri, yang terbentuk sebagai hasil pemadatan salju. Sebagai hasil dari proses ini, gelembung udara "ditangkap" di dalam es.

Air gletser yang meleleh dapat terbentuk dari lapisan atas gletser, dari dasar gletser dan dari dasar rak es melalui aliran panas bumi, tekanan dan pemanasan gesekan. Hasilnya, kami mendapatkan air lelehan kaya oksigen yang memasok mereka dengan lingkungan di bawah gletser.


Gambar 3: Skema untuk pencucian air basal yang kaya oksigen ke lingkungan bebas oksigen di bawah gletser.

Pencampuran air lebur yang kaya oksigen dengan air basal sepenuhnya menjelaskan proses geokimia yang terkait dengan deposit besi (IF), serta lokasi mereka. Akibatnya, deposit besi adalah bukti langsung dari teori "oksigen oksigen" subglacial.

Dan memang, terlepas dari kondisi iklim yang sangat keras, kehidupan di planet ini tidak hanya tidak berhenti ada, tetapi juga terus berkembang. Analisis fosil dari cryogenics menunjukkan bahwa selama periode ini banyak organisme eukariotik terbentuk, termasuk archaeplastidans , opisthokonts dan amoebozoans .

Banyak dari eukariota ini adalah aerob, karena oksigenasi dari lingkungan subglacial melalui air lelehan adalah dasar yang sangat penting untuk mempertahankan kehidupan. Oase oksigen dapat memanjang hingga beberapa kilometer, sebagaimana dibuktikan oleh pengamatan modern di pinggiran es Antartika. Oleh karena itu, habitat seperti itu tidak hanya besar, tetapi juga lebih stabil daripada retakan glasial, yang disebutkan dalam teori oksigenasi lainnya.

Mempertimbangkan bahwa ketersediaan O ₂ sangat penting untuk pengembangan kehidupan multiseluler yang kompleks, dapat diasumsikan bahwa oksigen oase adalah tempat perlindungan penting bagi hewan purba.

Refugium * adalah area habitat di mana spesies biologis atau kelompok spesies bertahan atau mengalami periode waktu geologis yang tidak menguntungkan bagi mereka. Diyakini bahwa dalam refugium, spesies tersebut dapat dilestarikan dan bahkan menyebar darinya.

Studi modern tentang jam molekuler * menunjukkan bahwa sifat multiseluler hewan berkembang bahkan sebelum cryogenesis.

Jam molekuler * - metode penanggalan peristiwa filogenetik (hubungan evolusi antar spesies), berdasarkan pada hipotesis bahwa perubahan signifikan secara evolusioner pada monomer dalam biomolekul terjadi pada laju yang hampir konstan.

Hewan-hewan awal mungkin bentik (bawah), mengingat bahwa spons dianggap sebagai harta karun dasar hewan. Berdasarkan hal ini, para ilmuwan menyarankan bahwa oksigenasi dari lingkungan lautan sub-glasial merupakan proses penting dalam pengembangan dan penyebaran fauna makro bentik. Selain itu, pasokan air tawar yang dicairkan juga dapat membantu mengurangi tingkat salinitas, yang penting untuk spons awal. Habitat spons modern cukup luas dan beragam, tetapi karakteristik biologis leluhur mereka masih menjadi misteri. Oleh karena itu, sulit untuk mengatakan apakah mereka dapat hidup di lingkungan super-salin, yang terbentuk karena lapisan es dari permukaan laut.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian, saya sarankan Anda membaca laporan para ilmuwan .

Epilog

Cryogeny jauh dari periode termudah untuk spesies biologis di planet kita. Namun demikian, kehidupan menemukan jalan keluar dari situasi ini - mencairkan air tawar, jenuh dengan oksigen, bercampur dengan laut, yang memunculkan habitat yang dapat diterima untuk bertahan hidup dan bahkan pembangunan.

Untuk mengungkap rahasia kelangsungan hidup eukariota di zaman es yang paling parah, endapan besi membantu, yang, seperti foto-foto masa lalu yang jauh, berisi informasi geokimia berharga tentang proses yang terjadi jutaan tahun yang lalu.

Menurut para peneliti sendiri, pekerjaan mereka memungkinkan tidak hanya untuk mengungkap misteri kelangsungan hidup organisme dalam cryogenics, tetapi juga untuk menjelaskan kemunculan kembali endapan besi dalam sampel geologis, yang sampai saat itu telah absen selama sekitar 1 miliar tahun.

Oksigen, tentu saja, sangat penting untuk kelangsungan hidup, tetapi selain itu, makanan juga dibutuhkan. Para ilmuwan bermaksud untuk melanjutkan penelitian mereka untuk mencari tahu apa yang dimakan eukariota selama cryogenesis.

Terima kasih atas perhatian Anda, tetap ingin tahu dan selamat bekerja, kawan. :)

Sedikit iklan :)

Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda VPS berbasis cloud untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?