Florescimento de uma comunidade microbiana em um sistema de lagos vulcânicos extremos de Ediacara

Jul 17, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9080 (2023) Citar este artigo

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Sedimentos aquáticos antigos são arquivos críticos para estudar a vida microbiana inicial e os tipos de ambientes em que prosperaram. Os microbialitos Amane Tazgart recentemente caracterizados no Anti-Atlas, Marrocos, são um depósito não marinho raro e bem preservado que evoluiu em um lago vulcânico alcalino durante o Período Ediacarano. Uma caixa de ferramentas geoquímica multiproxy revela evidências que apontam para a organização e sucessão espaço-temporal do ecossistema relacionadas à alteração da química da água do lago. Isso é marcado pela transição secular de um clima frio/seco, hipersalino alcalino termofílico e comunidade anóxica-óxica, para um estado estável de clima quente/úmido totalmente oxigenado doce para ecossistema de água salobra, dominado por estromatólitos oxigenados. Concentrações extremas de arsênico dissolvido sugerem que esses poliextremófilos exigiam mecanismos robustos de desintoxicação para contornar a toxicidade do arsênico e a deficiência de fosfato. Propomos que ecossistemas microbianos anóxicos a óxicos autossustentáveis e versáteis prosperaram em ambientes aquáticos continentais durante o Período Ediacarano, quando a vida complexa co-evoluiu com um aumento no teor de oxigênio atmosférico.

Ecossistemas microbianos aquáticos modernos são conhecidos por produzir comunidades espaço-temporais distintas ao longo de gradientes geoquímicos1,2,3 que tendem a precipitar minerais biogênicos de diagnóstico, como carbonatos, óxidos de ferro e pirita3,4,5,6,7,8,9,10 ,11,12. A caracterização geoquímica desses habitats microbianos vincula elementos de terras raras (REE) normalizados de xisto, ítrio (Y) e distribuição de oligoelementos sensíveis a redox às condições redox ambientais predominantes, química e deposição mineral11,13. Particularmente, os padrões de REE normalizados para folhelhos australianos pós-arqueanos (PAAS), marcados por leve depleção de REE, anomalias negativas de cério (Ce) e lantânio ligeiramente positivo (La) e altas proporções de Y para hólmio (Y/Ho), refletem coletivamente oxigenado moderno condições da massa de água do mar14; e em certos casos, ecossistemas aquáticos não marinhos influenciados pela alcalinidade elevada15. De fato, a conexão firme do fracionamento REE + Y (REY) com a concentração de íons carbonato dissolvidos serve como uma ferramenta valiosa para reconstruir as tendências de alcalinidade, especialmente em ecossistemas aquáticos restritos15.

Por outro lado, a abundância relativa de európio (Eu) é frequentemente associada ao enriquecimento de fluidos hidrotermais, feldspatos e diagênese16,17. Enquanto as anomalias negativas de Eu podem representar a composição original do ambiente aquático a partir do qual os calcários se formaram16, e as anomalias de La, gadolínio (Gd) e Y, fenômenos de complexação mineral exclusivos da hidrosfera18. Portanto, químicas autênticas e não contaminadas de águas marinhas, estuarinas e lacustres são frequentemente deduzidas da sistemática REY.

Vários proxies geoquímicos de paleosalinidade utilizando proporções de oligoelementos em argilitos a granel estão entre os mais populares. Eles são baseados na observação de que certos elementos não sensíveis ao redox apresentam concentrações relativamente mais altas na água do mar, como B, Y e Sr, ou água doce, como Ga, Ho e Ba, em uma base normalizada de salinidade19,20,21 ,22,23,24. Gráficos cruzados elementares permitem estimar as linhas de base de salinidade esperadas para cada proxy: (1) B/Ga > 6 é típico de fácies marinhas, 3–6 salobra e < 3 água doce20,23; (2) Sr/Ba é > 0,5 caracteriza depósitos marinhos, 0,2–0,5 salobra e < 0,2 água doce20; e (3) B/K > 40 μg/g distingue sedimentos marinhos de sedimentos salobros/de água doce22,25. Além disso, vários parâmetros geoquímicos, como Ni/Co, Cu/Zn, V/Cr, V/(V + Ni), U, U/Th, oligoelementos autigênicos e Ce/Ce*, são usados para fornecer estimativas para paleo -condições deposicionais redox26,27,28. Contudo29, na ausência de biomassa viva e das bioassinaturas associadas que permitem a caracterização comparativa das comunidades microbianas aquáticas modernas, existem muito poucas evidências ligando diretamente os padrões de sucessão da comunidade microbiana a fatores ambientais de longo prazo na biosfera proterozóica. Isso levou a dificuldades consideráveis em nossa capacidade de caracterizar e vincular inequivocamente processos microbianos a gradientes geoquímicos em mudança, distúrbios ambientais e geodinâmica em ecossistemas de tempo profundo, enfraquecendo ainda mais as tentativas de acoplar a evolução biológica à evolução da química da superfície da Terra primitiva.

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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