에디아카라 극한 화산 호수 시스템에서 미생물 군집의 개화

Sep 17, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9080(2023) 이 기사 인용

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고대 수생 퇴적물은 초기 미생물 생활과 이들이 번성했던 환경 유형을 연구하는 데 중요한 기록 보관소입니다. 최근 모로코 안티아틀라스(Anti-Atlas) 지역에서 발견된 아마네 타즈가르트(Amane Tazgart) 미생물군은 에디아카라기(Ediacaran Period) 동안 알칼리성 화산 호수 환경에서 진화한 희귀하고 잘 보존된 비해양 퇴적물입니다. 다중 프록시 지구화학적 도구 상자는 호수 수질 화학 변화와 관련된 시공간 생태계 조직 및 계승을 가리키는 증거를 보여줍니다. 이는 춥고 건조한 기후, 고염성 알칼리성 호열성 및 무산소-산소 공동체에서 산소 성 스트로마톨라이트가 우세한 완전히 산소가 공급된 담수에서 기수 생태계로 완전히 산소가 공급된 안정적인 상태의 따뜻하고 습한 기후로의 장기적인 전환으로 표시됩니다. 극도의 용해된 비소 농도는 이러한 다극성균이 비소 독성과 인산염 결핍을 피하기 위해 강력한 해독 메커니즘이 필요하다는 것을 시사합니다. 우리는 복잡한 생명체가 대기 산소 함량의 증가와 함께 진화했던 에디아카라기 동안 자립적이고 다재다능한 무산소~호기성 미생물 생태계가 수생 대륙 환경에서 번성했다고 제안합니다.

현대 수생 미생물 생태계는 탄산염, 산화철, 황철석3,4,5,6,7,8,9,10과 같은 진단용 생체 광물을 침전시키는 경향이 있는 지구화학적 구배를 따라 뚜렷한 시공간 공동체를 생성하는 것으로 알려져 있습니다. ,11,12. 이러한 미생물 서식지의 지구화학적 특성 분석은 셰일 정규화 희토류 원소(REE), 이트륨(Y) 및 산화환원에 민감한 미량 원소 분포를 일반적인 환경 산화환원 조건, 화학 및 광물 침전과 연결합니다11,13. 특히, 가벼운 REE 고갈, 음의 세륨(Ce) 및 약간의 양의 란타늄(La) 변칙, 높은 Y 대 홀뮴(Y/Ho) 비율로 표시되는 PAAS(Post Archean Australian Shales)로 정규화된 REE 패턴은 산소화된 현대를 총체적으로 반영합니다. 해수 질량 조건14; 어떤 경우에는 비해양 수생 생태계가 알칼리도 상승의 영향을 받습니다15. 실제로 REE + Y(REY) 분류와 용존 탄산염 농도의 확고한 연결은 특히 제한된 수생 생태계에서 알칼리도 추세를 재구성하는 데 유용한 도구 역할을 합니다15.

반면, 유로퓸(Eu)의 상대적 풍부함은 열수 농축, 장석 및 속생작용과 관련이 있는 경우가 많습니다16,17. 음의 Eu 이상은 석회암이 형성되는 수생 환경의 원래 구성을 나타낼 수 있으며16, La, 가돌리늄(Gd) 및 Y 이상은 수권에 고유한 광물 복합화 현상을 나타낼 수 있습니다. 따라서 실제적이고 오염되지 않은 해양, 하구 및 호수의 물 화학은 종종 REY 체계에서 추론됩니다.

벌크 이암의 미량 원소 비율을 활용하는 다양한 지구화학적 고염분 프록시가 가장 널리 사용됩니다. 이는 산화환원에 민감하지 않은 특정 원소가 염도 정규화 기준으로 B, Y, Sr과 같은 해수나 Ga, Ho, Ba와 같은 담수에서 상대적으로 더 높은 농도를 보인다는 관찰에 근거합니다. ,22,23,24. 원소 교차 플롯을 통해 각 프록시에 대한 예상 염분 기준선을 추정할 수 있습니다. (1) B/Ga > 6은 해양 생물의 전형적인 특성이고, 기수는 3-6, 담수는 < 3입니다20,23. (2) Sr/Ba가 0.5보다 크면 해양 퇴적물, 기수는 0.2~0.5, 담수는 0.2 미만임을 의미합니다20. (3) B/K > 40 μg/g은 해양과 기수/담수 퇴적물을 구별합니다22,25. 또한 Ni/Co, Cu/Zn, V/Cr, V/(V + Ni), U, U/Th, 실제 미량 원소 및 Ce/Ce*와 같은 여러 지구화학적 매개변수가 고생물 추정치를 제공하는 데 사용됩니다. -산화환원 증착 조건26,27,28. 그러나 현대 수생 미생물 군집의 비교 특성화를 가능하게 하는 살아있는 바이오매스와 관련 생체특징이 없는 경우, 미생물 군집 계승 패턴을 원생대 생물권의 장기적인 환경 동인과 직접 연결하는 증거는 거의 없습니다. 이로 인해 미생물 과정을 지구화학적 구배, 환경 교란 및 심부 생태계의 지구역학 변화와 명확하게 특성화하고 연결하는 능력이 상당히 어려워졌으며, 생물학적 진화를 초기 지구 표면 화학 진화와 결합하려는 시도가 더욱 약화되었습니다.

28 and typically associated with the carbonates, except for four samples (AT3C, AT7, AT15-b, and AT17) showing values similar to those recorded in the epiclastic microbialites (Supplementary Table 3). ΣREY varies from 7.63 to 44.47 in the carbonates, increasing to > 23.21 and up to 152.71 in the epiclastic deposits (Supplementary Table 4)./p> 250 °C37, where REYN patterns with characteristic positive Eu anomalies are produced38. Therefore, Eu is enriched in Ca-rich and early-magmatic minerals such as plagioclase feldspar39. We produced cross plots of Eu/Eu*, Al, and Y/Ho ratio to discriminate the detrital flux versus hydrothermal origin of the positive Eu anomaly in the studied samples (Supplementary Fig. 4). There is no considerable correlation between Al and Eu/Eu* in our samples (Supplementary Fig. 4a). All the samples plot predominantly in the zone of strong hydrothermal influence with Y/Ho > 25 and Eu/Eu* > 1 (Supplementary Fig. 4b). Together, these observations suggest that the Eu/Eu* anomaly is not overprinted by detrital input and probably derived from hydrothermal fluids. Moreover, the enrichment of light rare earth elements (LREE) over (HREE) in several samples (Supplementary Fig. 5) is consistent with the influence of high temperature hydrothermal fluids characterized by LREE enrichment and positive Eu anomalies40. For comparison, we used a cherty sample from Archean Josefsdal Chert (3.5–3.33 Ga)41, as a reference of microbialites deposited in a restricted shallow marine environment, strongly influenced by hydrothermal activity41,42. The average of carbonate REE + Y patterns displays Josefsdal Chert-like REE + Y trends (Supplementary Fig. 6), supporting the view that hydrothermal fluids were a factor. Although the epiclastic sediments have the same REE + Y pattern, their Eu/Eu* and Ce/Ce* compositions are more attenuated, indicating that hydrothermal fluids have less of an impact on them./p> 6 in marine-type facies20. The B-Ga biplots for the carbonate and epiclastic samples place the carbonates in the saline and brackish fields and the epiclastic samples in the freshwater field (Fig. 7a), consistent with the Y/Ho results. Comparatively, samples of the Triassic Zhangjiatan Formation plot in the freshwater field, in agreement with the findings of Li et al.46 and Wei, et al.20./p> 60 reflect the elimination of labile cations (e.g. Ca2+, Na+, K+) compared to stable residual constituents of Al3+, and Ti4+ during weathering31,32,50. Inversely low CIA values being generally < 60, reflect the virtual absence of chemical weathering and thus may indicate cool and/or arid conditions./p> 3000 times more As than seawater79 and alkaline volcanic lakes80. As a consequence, As detoxification is indispensable for microbial communities to succeed in these modern As-rich settings3,71,78,81. Because of the ancient origin of biological As detoxification76 and the abundance of similar As redox species in modern aquatic environments as was then, it is implied that comparable As detoxification mechanisms would have been required for the Amane Tazgart microbialites./p>

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