Stromatoliitit – elämän varhaisimmat fossiilit ja hapen tuottajat

Stromatoliitit ovat erityisiä kivimäisiä rakenteita. Ne muodostuvat yleensä matalassa vedessä.

Niitä muodostavat bakteerit, kuten syanobakteerit. Niissä voi olla myös muita bakteerityyppejä ja yksisoluisia leviä.

Bakteerien erittämä lima kerää sedimenttijyviä, jotka tarttuvat toisiinsa kalsiumkarbonaatilla, joka on peräisin myös bakteereista. Näin muodostuu rakenteet, joita voidaan nähdä tietyissä merenrantojen lahdissa. Syanobakteerit käyttävät vettä, hiilidioksidia ja auringonvaloa ravinnokseen ja erittävät sivutuotteena happea.

Stromatoliittien todellinen merkitys on siinä, että ne ovat varhaisimmat fossiiliset todisteet elämästä maapallolla. Vanhimmat tunnetut stromatoliitit on ajoitettu 3 710-3 695 miljoonan vuoden ikäisiksi, ja ne löydettiin metakarbonaattikivien paljastumasta Isuan suprakrustaalivyöhykkeeltä (ISB) Lounais-Grönlannissa. ISB:n stromatoliitit ovat yli 215 miljoonaa vuotta vanhempia kuin aiemmat vakuuttavimmat ja yleisesti hyväksytyt monitieteiset todisteet vanhimmista elämän jäänteistä: Länsi-Australiassa sijaitsevan Pilbaran kraatonin 3 480 miljoonan vuoden ikäisen Dresser-muodostuman stromatoliitit.

Vanhimmat tunnetut stromatoliitit ajoitettiin aikoinaan 3 450 miljoonaa vuotta sitten, arkeaaniselle eonille, mutta viimeaikaiset löydöt vanhemmista stromatoliiteista antavat todisteita, jotka ovat sopusoinnussa geneettisten molekyylikellotutkimusten kanssa, jotka ovat sijoittaneet elämän alkuperän hadeaaniselle eonille.

Syanobakteerien kyky hapen avulla tapahtuvaan fotosynteesiin on erittäin merkittävä. Stromatoliiteissa olevien varhaisten syanobakteerien uskotaan olevan suurelta osin vastuussa hapen määrän lisääntymisestä maapallon alkuaikojen ilmakehässä jatkuvan fotosynteesinsä ansiosta. Ne olivat ensimmäiset tunnetut organismit, jotka tekivät fotosynteesiä ja tuottivat vapaata happea. Noin miljardin vuoden kuluttua tämän fotosynteesin vaikutus alkoi tehdä ilmakehässä valtavan muutoksen. Prosessi, jota kutsutaan suureksi hapettumistapahtumaksi, kesti itse asiassa kauan. Lopulta se tappoi suurimman osan niistä eliöistä, jotka eivät kyenneet elämään hapessa, ja johti nykypäivän kaltaiseen ympäristöön, jossa useimmat eliöt käyttävät ja tarvitsevat happea.

Lisätietoja ja taustaa

Stromatoliitit syntyvät tyypillisesti matalissa, aurinkoisissa ja suolapitoisuudeltaan vaihtelevissa vesissä, joissa mikrobit voivat muodostaa tiheitä mikrobimattoja. Nämä matot koostuvat soluista, niiden erittämistä polysakkarideista (”lima”) ja ulkoisista mineraaleista. Kerroksittainen kasvu tapahtuu, kun matto sitoo tai precipitoi sedimenttiä ja mineraaleja ja uudet mikrobit kasvavat vanhojen päälle. Tällöin syntyy ohuista laminaeista koostuvia rakenteita, joiden muoto voi olla:

• domaalinen (kupolimainen)
• konkreetinen tai kartiomainen
• levymäinen tai kerrostunut
• pylväs- tai sarakkeinen

Fossiilisten stromatoliittien tutkimuksessa tutkijat etsivät laminoiden säännöllisyyttä, mikrostruktuureja, mikrofossiileja, orgaanisen hiilen isotooppisignatuureja ja muita merkkejä, jotka erottavat biologisen rakenteen abioottisista prosesseista. Tällaisia tutkimuksia tehdään esimerkiksi optisella mikroskopialla, elektronimikroskopialla ja isotooppianalyyseillä. Joissain tapauksissa kivien alkuperä on kiistanalainen, koska abioottiset prosessit voivat joskus tuottaa stromatoliittimaisia rakenteita.

Geologinen ja ekologinen merkitys

• Stromatoliitit ovat keskeinen todiste varhaisesta elämästä ja niiden kerrostumat ovat historiankirjan "sivuja", jotka kertovat ympäristöistä, joissa varhaiset mikrobit elivät.
• Syanobakteerien fotosynteesi muutti maapallon kemiaa: vapaata happea alkoi kertyä ilmakehään ja meriin, mikä mahdollisti hapen hyödyntämiseen erikoistuneiden eliöiden kehittymisen.
• Suuri hapettumistapahtuma (GOE) noin 2,4–2,0 miljardia vuotta sitten oli pitkäkestoinen muutos, jonka synnyttämiseen varhaiset fotosynteettiset mikrobit osaltaan vaikuttivat.

Nykyaikaiset stromatoliitit

Nykyään stromatoliitteja esiintyy harvinaisina mutta elävänä näkyvänä ilmiönä paikoissa, joissa olosuhteet (esim. korkea suolapitoisuus, alhainen petokanta, suojatut lahtialueet) estävät monimutkaisempien eliöiden kilpailun. Tunnettuja esimerkkejä ovat mm. Hamelin Pool ja muut Shark Bayn alueen muodostelmat Länsi-Australiassa sekä trooppisten alueiden matalat laguunit. Nämä nykyiset stromatoliitit toimivat elävänä vertailukohtana fossiilirakenteiden tulkinnalle.

Uhkat ja suojelu

• Nykyisiä stromatoliitteja uhkaavat ihmisen aiheuttamat muutokset, kuten rannan rakentaminen, vesistön ravinnekuormitus ja vieraslajit, jotka voivat muuttaa mikrobimattojen kilpailutilaa.
• Suojelu perustuu usein alueelliseen suojaukseen, toimintarajoituksiin ja vedenlaadun ylläpitoon, jotta herkät mikrobiöympäristöt säilyvät.

Tutkimuksen haasteet ja tulevaisuus

Stromatoliittien tutkimus on monitieteistä: geologit, mikrobiologit, kemistit ja paleontologit työskentelevät yhdessä tulkitakseen varhaisen elämän merkkejä. Tulevat menetelmät, kuten entistä tarkemmat isotooppianalyysit, geokemialliset fingerprintit ja genomitutkimukset nykymikrobeista, auttavat erottamaan biologisen perimän abioottisista prosesseista ja selventämään, miten nopeasti ja millä mekanismeilla elämä vaikutti planeettamme kehitykseen.

Yhteenvetona stromatoliitit ovat ainutlaatuinen yhdistelmä geologiaa ja biologiaa: ne tallentavat mikrobi-elämän kerrostumat ja kertovat, miten varhaiset yksisoluiset organismit muovasivat maapallon kemiaa ja elinympäristöjä, lopulta mahdollistamalla hapelle nojaavan monimuotoisen elämän kehittymisen.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä ovat stromatoliitit?

K: Miten syanobakteerit tuottavat ravintonsa?

K: Mikä on stromatoliittien merkitys?

K: Mistä vanhimmat tunnetut stromatoliitit löydettiin?

Kysymys: Miten varhaisten syanobakteerien fotosynteesi vaikutti maapallon ilmakehään?

Kysymys: Milloin tämä suuri hapettumistapahtuma tapahtui?

Hae kirjaimella