סטרומטוליט

סטרומטוליטים (מיוונית στρώμα, "סטרומה" (מזרן, מיטה, שכבה) ו-λίθος, "ליתוס" (סלע)) הם מבני התקבצות הבנויים בשכבות שנוצרו במים רדודים על ידי ביופילם (קרום חיידקי) של מיקרואורגניזמים, בייחוד כחוליות, הלוכדים, קושרים ומהדקים גרגירים של סלעי משקע. סטרומטוליטים מספקים את העדויות העתיקות ביותר לחיים על פני האדמה בדמות מאובנים המתוארכים לתקופה שלפני יותר מ-3.5 מיליארד שנים – הארכאיקון.
במשך כשני מיליארד שנים היו הסטרומטוליט היצורים הכמעט יחידים על פני כדור הארץ, והם שתרמו יותר מכל ליצירת האטמוספירה.
את המונח טבע הגאולוג הגרמני ארנסט קלקובסקי (Ernst Louis Kalkowski‏; 1938-1851) ב-1908 לאחר שהבחין במבנה באבן חול אדומה מצפון גרמניה.

מורפולוגיה

מגוון הצורות שהן מופיעים מבני הסטרומטוליטים הוא רב וכולל חרוטים, שכבות אופקיות, מבנים מסועפים, מבנים כיפתיים ומבנה עמודים. סטרומטוליטים נפוצים מאוד במאובנים של הפרקמבריון, אבל כיום הם נדירים. מעט מאוד סטרומטוליטים מכילים חיידקים מאובנים. אף שמאפייניהם של חלק מהסטרומטוליטים מעידים על פעילות ביולוגית, מאפייניהם של סטרומטוליטים אחרים מתאימים יותר לתהליכי השקעה בלתי אורגניים. מציאת דרכים אמינות להבדיל בין סטרומטוליטים שנוצרו בתהליכים ביולוגיים לאלו שנוצרו בתהליכים אביוגנים (שאינם ביולוגיים) היא תחום מחקר פעיל כיום בגאולוגיה.

תהליך היצירה

כחוליות משתמשות במים, פחמן דו-חמצני וקרינת השמש לייצר לעצמן מזון. שכבה של ריר נוצרת לעיתים קרובות מעל מרבדים של תאי הכחוליות. במרבדי חיידקים מודרניים יכולים חלקיקים מהסביבה הקרובה להילכד בתוך הריר, ולהידבק ביחד עם סידן פחמתי על מנת ליצור דפים דקיקים של אבן גיר. במשך הזמן מצטברים דפים דקיקים אלו, תוך יצירת תבנית הפסים האופיינית לסטרומטוליטים. תצורת הכיפה האופיינית לסטרומטוליטים הביולוגים היא תוצאה של צמיחה אנכית ההכרחית על מנת לאפשר חדירת קרינת השמש שהיא קריטית לאורגניזימים לשם ביצוע הפוטוסינתזה.

ארכאיקון

כמה מתצורות הסלעים מעידן הארכאיקון מפגינים דמיון מקרוסקופי למבנים שיוצרים מיקרואורגניזמים בימינו, עובדה שהובילה להשערה שמבנים אלו מייצגים עדות לצורת חיים קדומה, כלומר סטרומטוליטים. לעומת זאת, חוקרים אחרים מייחסים תבניות אלו להשקעת חומר טבעית או למנגנון אחר, ולפיכך הם טוענים כי מבנים אלו מייצגים תהליכים אביוגנים. המדענים התומכים בהשערה כי מקורם של מבנים אלו בסטרומטוליטים מצביעים על נוכחות של צבירים כדוריים אורגניים בתוך שכבה דקה של הסטרומטוליטים, ושל גבישים זעירים של ארגוניט (שניהם מאפיינים של סטרומטוליטים בני ימינו), ועל רצף הסימנים הביולוגים המשוערים למרות השינויים בתנאי הסביבה.

תקופה מאוחרת יותר

מאובני הסטרומטוליטים הם מרכיב מרכזי במאובנים של 3.5 מיליארד השנים האחרונות בהיסטוריה של כדור הארץ, כשהשיא בכמותם היה לפני כ-1.25 מיליארד שנים. בהמשך חלה ירידה בכמות ובמגוון של מאובני הסטרומטוליטים, ובתחילת הקמבריון הייתה כמותם כ-20% מכמותם בשיא. ההסבר המקובל ביותר הוא שהכחוליות בונות הסטרומטוליטים נפלו קורבן לבעלי חיים אוכלי צמחים (מהמפץ הקמבריוני). תאוריה זו מניחה שאורגניזמים מפותחים מספיק היו נפוצים לפני כמיליארד שנים.
ייתכן שסטרומטוליטים מעידן הפרוטרוזואיקון הם האב קדמון של האצות הירוקיות. מין הסטרומטוליטים Collenia נפוץ מאוד בעדויות גאולוגיות.
באזור קניון נחל הזברה (Zebra River Canyon) של רמת קוביס (Kubis) בהרי זריס (Zaris) המבותרים לעומק של דרום מערב נמיביה נחשפו היטב דוגמאות לשוניות תרומבוליט-סטרומטוליט-רב-תאיים שהתפתחו בעידן הפרוטרוזואיקון. הסטרומטוליטים באתר זה מפותחים יותר במקומות במעלה המדרון בתנאי מקור של זרמים מהירים יותר וזרם משקעים גבוה יותר.
הקשר בין תפוצת הסטרומטוליטים להופעת בעלי חיים אוכלי חיים מתועדת היטב בתור האורדוביק. עדויות לגידול משמעותי בכמות הסטרומטוליטים מוצאים מיד לאחר הכחדת אורדוביק-סילור ולאחר הכחדת פרם-טריאס שהכחידו בעלי חיים ימיים, ואחר-כך חזרה לרמות הקודמות לאחר שבעלי החיים הימיים התאוששו. עם זאת, ייתכן שתנודות באוכלוסיות ובמגוון היצורים הרב-תאיים לא היו הגורם היחיד בהפחתה של שפע הסטרומטוליטים. גורמים כמו הכימיה של הסביבה יכולים גם הם להיות אחראים לשינויים.
למרות שהאצות הכחוליות הפרוקריוטיות מתרבות באופן אל-זוויגי באמצעות חלוקה של התאים, הם תרמו לטיוב הסביבה עבור ההתפתחות האבולוציונית של אורגניזמים האיקריוטים המפותחים יותר. ההשערה המקובלת היא שהכחוליות היו אחראיות (יחד עם הגמאפרוטאובקטריה האקסטרמופילים) להגדלת כמות החמצן באטמוספירה הקדומה של כדור הארץ באמצעות פוטוסינתזה מתמשכת, אירוע המכונה אסון החמצן.

סטרומטוליטים במים מלוחים

סטרומטוליטים מודרניים מצויים כיום בעיקר באגמי מלח ולגונות ימיות שבהם התנאים הקיצוניים בשל רמת המליחות הגבוהה מונעים פעילות של בעלי חיים אוכלי צמחים. המקום הידוע ביותר הוא שמורת הטבע הימית בריכת המלין (Hamelin Pool Marine Nature Reserve) במפרץ הכרישים (Shark Bay) באוסטרליה המערבית, אתר מורשת עולמית של אונסק"ו, שבו ניתן לצפות כיום בדוגמאות במצב מצוין. מקום נוסף הוא לגואה סלגדה (Lagoa Salgada), במדינת ריו גראנדה דו נורטה בברזיל, שם ניתן לחזות בסטרומטוליטים מודרניים בצורת כיפה. סטרומטוליטים החיים בתוך היבשת ניתן למצוא במים המלוחים של קוואטרו סייאנחס (Cuatro Ciénegas), מערכת אקולוגית ייחודית במדבר המקסיקני, ובאגם אלצ'יצ'יקה (Alchichica), אגם בתוך מאר באגן המזרחי (Cuenca Oriental) של מקסיקו. הסביבה הימית הפתוחה היחידה שבו ידוע שסטרומטוליטים משגשגים הם באיי אקסומה (Exuma Cays ) בקבוצת איי בהאמה.
ב-2010 פרסמה קבוצת חוקרים בראשות ד"ר מין צ'ן, ביולוגית מאוניברסיטת סידני, מחקר שעל פיו נתגלה לראשונה מזה 60 שנה סוג חדש של כלורופיל המכונה "כלורופיל f" שייחודו, היכולת לבצע פוטוסינתזה בתחום התת-אדום. כלורפיל זה מוצה מסטרומטוליטים במפרץ הכרישים שבאוסטרליה המערבית. תגלית שבגינה זכתה מין צ'ן בפרס מדען השנה של אוסטרליה לשנת 2011.

סטרומטוליטים במים מתוקים

בלגונה בקאלאר (Laguna Bacalar) במדינת קינטנה רו בחצי האי יוקטן שבדרום מקסיקו יש מבנה נרחב של מיקרוביאליטים (כלומר סטרומטוליטים או תרומבוליטים) חיים ענקיים. מרבד המיקרוביאלטים משתרע לאורך 10 קילומטרים והוא מתרומם בכמה מקומות לגובה של כמה מטרים. אלו הם ככל הנראה המיקרוביאלטים החיים של מים מתוקים הגדולים ביותר בעולם, וקרוב לוודאי מושבת האורגניזם הגדולה בעולם.
מרחק קצר דרומה, קיימת רצועה באורך של קילומטר וחצי של סטרומטוליטים יוצרי שונית (בעיקר מהמין Scytonema) במפרץ צ'טומל (Chetumal Bay) בבליז, מרחק קצר דרומית לשפך הריו הונדו והגבול המקסיקני.
סטרומטוליטים של מים מתוקים באגם סאלדה, אגם לוע בדרום מערב טורקיה. מי האגם עשירים במגנזיום ומבני הסטרומטוליטים עשויים מהידרומגנזיט (Mg₅(CO₃)₄(OH)₂•4H₂O).
זוג נוסף של דוגמאות לסטרומטוליטים של מים מתוקים הם באגם פביליון (Pavilion Lake) ובאגם קלי (Kelly Lake) בקולומביה הבריטית בקנדה. באגם פבליון גדלים הסטרומטוליטים הגדולים ביותר בעולם של מים מתוקים ונאס"א חקר אותם כחלק ממחקר באסטרוביולוגיה. נאס"א, סוכנות החלל הקנדית ומספר אוניברסיטאות מרחבי העולם משתפים פעולה במיזם הממוקד במחקר חיי המיקרוביאליטים באגמים. מטרת המיזם, הקרוי "מיזם המחקר של אגם פבליון" (Pavilion Lake Research Project), לחקור מהם התנאים הטובים ביותר הצריכים להתקיים בתחתית האגמים על מנת לתמוך בקיום חיים ולפתח השערה טובה יותר כיצד גורמים סביבתיים משפעים על חיי המיקרובילאטים באגמים. המטרה הסופית של המיזם היא להבין טוב יותר מהם התנאים הסבירים יותר לקיום חיים על כוכבי לכת אחרים. בנוסף סוכנות נאס"א הקימה מיזם מדע ציבורי מקוון המכונה "MAPPER" שבו יכול כל אחד לעזור במעבר על אלפי הצילומים של תחתית האגמים ולסמן מיקרוביאליטים, אצות ומאפיינים אחרים של תחתית האגמים.
מיקרוביאליטים התגלו באגם בתחתית מכרה פתוח במכרה אזבסט נטוש בסמוך לעיר המכרות קלינטון קריק (Clinton Creek) בטריטוריה יוקון בקנדה. מיקרוביאליטים אלו צעירים מאוד וככל הנראה החלו להיווצר מיד לאחר שהמכרה נסגר ב-1978. הצירוף של קצב השקעה איטי, קצב הסתיידות גבוה, וקצב נמוך של גידול מיקרואוגניזמים גרמו להיווצרות מיקרוביאליטים אלו. מיקרוביאליטים באתר מכרות היסטורי מוכיחים שסביבה שהיא מעשה ידי אדם יכולה לעודד היווצרות של פחמה ממקור מיקרואוגניזמי. לכך יש השלכות על יצירת סביבות מלאכותיות לשם יצירת מיקרוביאליטים מודרניים, כולל סטרומטוליטים.
סוג נדיר מאוד של סטרומטוליטים שאיננו שוכן באגמים חי במערת נטל (Nettle Cave), אחת ממערות ג'נולאן (Jenolan Caves) בהרים הכחולים בניו סאות' ויילס באוסטרליה. הכחוליות חיות על פני אבן הגיר, ומתקיימות מהמים המטפטפים לאורך האבן והעשירים בסידן, המאפשרים להם לגדול כלפי שני הפתחים של המערה המספקים אור.