Fioritura di una comunità microbica in un sistema lacustre vulcanico estremo di Ediacaran

Jul 17, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9080 (2023) Citare questo articolo

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Gli antichi sedimenti acquatici sono archivi fondamentali per lo studio della prima vita microbica e dei tipi di ambienti in cui prosperavano. I microbialiti di Amane Tazgart recentemente caratterizzati nell'Anti-Atlante, in Marocco, sono un deposito non marino raro e ben conservato che si è evoluto in un ambiente lacustre vulcanico alcalino durante il periodo Ediacarano. Uno strumento geochimico multiproxy rivela prove che indicano l’organizzazione spazio-temporale e la successione degli ecosistemi legati al cambiamento della chimica dell’acqua del lago. Ciò è segnato da una transizione secolare da un clima freddo/secco, una comunità termofila alcalina ipersalina e anossico-ossica, a uno stato stabile di clima caldo/umido completamente ossigenato da un ecosistema di acqua dolce a salmastra, predominato da stromatoliti ossigenate. Concentrazioni estreme di arsenico disciolto suggeriscono che questi poliestremofili richiedevano robusti meccanismi di disintossicazione per aggirare la tossicità dell'arsenico e la carenza di fosfato. Proponiamo che ecosistemi microbici da anossici a ossici autosufficienti e versatili prosperassero in ambienti continentali acquatici durante il periodo Ediacarano, quando la vita complessa co-evolveva con un aumento del contenuto di ossigeno atmosferico.

È noto che i moderni ecosistemi microbici acquatici producono comunità spazio-temporali distinte lungo gradienti geochimici1,2,3 che tendono a precipitare minerali biogenici diagnostici come carbonati, ossidi di ferro e pirite3,4,5,6,7,8,9,10 ,11,12. La caratterizzazione geochimica di questi habitat microbici lega la distribuzione dell'elemento delle terre rare (REE) normalizzato dallo scisto, dell'ittrio (Y) e della distribuzione degli oligoelementi sensibili al redox alle condizioni redox ambientali prevalenti, alla chimica e alla deposizione minerale11,13. In particolare, i modelli REE normalizzati agli scisti australiani post-archeani (PAAS), contrassegnati da un leggero esaurimento di REE, anomalie negative del cerio (Ce) e del lantanio (La) leggermente positive e rapporti elevati tra Y e olmio (Y/Ho), riflettono collettivamente i modelli moderni ossigenati condizioni della massa dell'acqua di mare14; e in alcuni casi, ecosistemi acquatici non marini influenzati da un'elevata alcalinità15. Infatti, la solida connessione del frazionamento REE + Y (REY) alla concentrazione di ioni carbonato disciolto funge da prezioso strumento per ricostruire le tendenze dell'alcalinità, specialmente negli ecosistemi acquatici ristretti15.

D'altra parte, la relativa abbondanza di europio (Eu) è spesso associata all'arricchimento del fluido idrotermale, ai feldspati e alla diagenesi16,17. Mentre le anomalie negative di Eu possono rappresentare la composizione originale dell'ambiente acquatico da cui si sono formati i calcari16, e le anomalie di La, gadolinio (Gd) e Y, fenomeni di complessazione minerale unici dell'idrosfera18. Pertanto, le chimiche autentiche e incontaminate delle acque marine, di estuario e lacustri sono spesso dedotte dalla sistematica REY.

Vari proxy di paleosalinità geochimica che utilizzano rapporti di elementi in tracce nelle pietre argillose sfuse sono tra i più popolari. Si basano sull'osservazione che alcuni elementi non sensibili al redox mostrano concentrazioni relativamente più elevate nell'acqua di mare come B, Y e Sr, o nell'acqua dolce, come Ga, Ho e Ba, su base normalizzata per la salinità19,20,21 ,22,23,24. I grafici incrociati degli elementi consentono la stima delle linee di base della salinità previste per ciascun proxy: (1) B/Ga > 6 è tipico della facies marina, 3–6 salmastra e < 3 di acqua dolce20,23; (2) Sr/Ba è > 0,5 caratterizza i depositi marini, 0,2–0,5 quelli salmastri e < 0,2 quelli di acqua dolce20; e (3) B/K > 40 μg/g distingue i sedimenti marini da quelli di acqua dolce/salmastra22,25. Inoltre, diversi parametri geochimici come Ni/Co, Cu/Zn, V/Cr, V/(V + Ni), U, U/Th, oligoelementi autigeni e Ce/Ce*, vengono utilizzati per fornire stime per i paleo -condizioni deposizionali redox26,27,28. Tuttavia29, in assenza di biomassa vivente e delle biofirme associate che consentono la caratterizzazione comparativa delle moderne comunità microbiche acquatiche, esistono pochissime prove che colleghino direttamente i modelli di successione delle comunità microbiche ai fattori ambientali a lungo termine nella biosfera proterozoica. Ciò ha portato a notevoli difficoltà nella nostra capacità di caratterizzare e collegare in modo inequivocabile i processi microbici ai mutevoli gradienti geochimici, ai disturbi ambientali e alla geodinamica negli ecosistemi del tempo profondo, indebolendo ulteriormente i tentativi di accoppiare l’evoluzione biologica all’evoluzione della chimica della superficie terrestre primordiale.