ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 434, № 1, с. 76-81
= ГЕОЛОГИЯ =
УДК 577.1+564.8:551.733.1/734.2(470.1)
БИОХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ГЕОБИОЛОГИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ В РАННЕМ ПАЛЕОЗОЕ НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРО-ВОСТОКЕ
© 2010 г. Т. М. Безносова, С. Н. Шанина
Представлено академиком Н.П. Юшкиным 29.12.2009 г. Поступило 20.01.2010 г.
Корреляция пограничных толщ морских карбонатов верхнего ордовика, силура и нижнего девона на Европейском Северо-Востоке основана преимущественно на последовательности бра-хиоподовой и конодонтовой фауны. Региональные границы ордовика и силура, лландовери и венлока, силура и девона, рассматриваемые как важнейшие событийные уровни, связанные с вымиранием фауны, определяются эволюционными и экологическими изменениями биоты, отражающими разномасштабные события — локальные и глобальные. Результаты геохимических исследований показали возможность успешного применения данных по изменению изотопов углерода 513С в палеозойских карбонатах с целью межбассейновой корреляции. В настоящее время получены изотопно-углеродные маркеры для биостратиграфически датированных интервалов верхнего ордовика, нижнего силура и нижнего девона Западного Урала [1, 2].
Изученность брахиопод, установленные рубежи существенного преобразования морфоэколо-гической структуры и фациальная приуроченность их сообществ в Тимано-Североуральском морском бассейне [3] послужили материалом для исследований по выявлению биохимической реакции этих древних бентосных организмов на изменение внешних условий среды в течение позднего ордовика, силура и раннего девона.
Состав аминокислот изучен во многих ископаемых и современных раковинах брахиопод [4—6]. Заметные изменения в составе и содержании аминокислот наблюдаются в раковинах брахио-под уже в течение первых столетий после захоронения. В определенных условиях осадконакопле-ния наличие белковых соединений в ископаемых раковинах может сохраняться вплоть до юры и мела, что позволяет использовать их для отнесения к тому или иному таксономическому ряду [5], а также в качестве геотемпературного индикатора
Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук, Сыктывкар
[7, 8]. После полной перекристаллизации ископаемые раковины обычно характеризуются малым количественным и качественным составом аминокислот [6, 7]. Поэтому в большинстве опубликованных работ при изучении аминокислот в ископаемых брахиоподах обращается внимание только на качественный состав аминокислот без учета условий, в которых происходило их захоронение.
Брахиоподы — одна из самых распространенных и хорошо изученных групп фауны, содержащихся в отложениях всех горизонтов рассматриваемого стратиграфического интервала. Нередко они являются единственными ископаемыми и породообразующими в отложениях различных фаций. В связи с этим в качестве объектов для изучения характера изменения состава аминокислот в раковинах были выбраны представители отрядов пентамерид, строфоменид, атрипид, спириферид и ринхонеллид. Для исследований отобраны образцы пород, заключающие раковины брахиопод из силурийских и пограничных с ними отложений ордовика и девона Северного Урала (р. Илыч), Приполярного Урала (р. Ко-жим), гряды Чернышева (реки Шарью, Поварни-ца) и скважины 76-Лабаганская. Все исследованные образцы имеют точную стратиграфическую и фациальную привязку.
Тимано-североуральские карбонаты (преимущественно известняки доломитизированные и доломиты вторичные) претерпели значительные ката-генетические преобразования от стадий МК3—МК4 до АК1 на западном склоне Северного и Приполярного Урала.
Минеральный состав раковин и заключающих их пород изучен методом рентгеновской дифракции (дифрактометр 8Ышаё2и ХЯЭ-6000, аналитик Б.А. Макеев). В большинстве случаев остатки брахиопод и вмещающие их породы представлены вторичным кальцитом, часто с небольшими примесями кварца и доломита. Характеристика образцов приведена в табл. 1.
Изучение состава аминокислот в раковинах брахиопод и вмещающих их породах проводилось по методике [9]. Для извлечения аминокислот из
Таблица 1. Характеристика изученных образцов
№ обр. Стратиграфический интервал Место отбора Вид Состав раковины Состав породы Стадии катагенеза
ТБ-18 Девон,лохков, Скв. 76-Лабаган- Lenatoechia Кальцит, кварц, Кальцит, доло- нач. MK3
овинпармский ская, гл. 4117— kuliki доломит мит, кварц
4123 м
ТБ-7 Силур, пржидол, Приполярный Collarothyis Кальцит, кварц Кальцит, кварц MK4-MK5
карповский Урал, р. Кожим canaliculata
ТБ-2 Силур, лудлов, Северный Урал, Conchidium Кальцит Кальцит, кварц MK5AKx
сизимский р. Илыч novosemelicum
ТБ-5 Силур, венлок, Гряда Черныше- Protatrypa inflata Кальцит, кварц Кальцит, доло- MK3
войвывский ва, р. Шарью мит, кварц
ТБ-19 Силур, венлок, Там же Spirinella nor- Кальцит, кварц, Кальцит, доло- MK3
войвывский densis доломит мит, кварц
ТБ-8 Силур, лландовери, » Leptaena sp. Кальцит, доло- Кальцит, доло- MK3
маршрутнинский мит, кварц мит, кварц
ТБ-1 Силур, лландове- Приполярный Borealis Кальцит, кварц, Кальцит, кварц MK4-MK5
ри, лолашорский Урал, р. Кожим samojedicus доломит
ТБ-16 Силур, лландове- Гряда Чернышева, Virgiana barran- Кальцит, кварц, Кальцит, кварц, MK3-MK4
ри,яренейский р. Поварница dei доломит доломит
ТБ-3 Ордовик, ашгилл, Приполярный Holorhynchus Доломит, каль- Доломит, каль- MK5-AKJ
кырьинский Урал, р. Кожим giganteus цит цит
образцов применялся кислотный гидролиз в 6М HCl. Анализ аминокислот выполнен на газовом хроматографе GC-17A (капиллярная колонка Chirasil-L-Val, детектор ДИП).
Присутствие аминокислот установлено во всех исследованных образцах пород с брахиоподами (рис. 1). Содержание аминокислот широко варьирует в изученных раковинах (0.04—0.19 мг/г раковины) и практически не изменяется в карбонатных породах (0.03—0.06 мг/г породы). Состав и концентрации аминокислот в ископаемых раковинах в значительной степени отличаются от количества и состава белковых аминокислот в каль-цитовых раковинах современных брахиопод, который на 30—50% представлен глицином [4, 5]. Среди индивидуальных аминокислот в изученных раковинах и породах обычно доминируют глицин, серин, глутаминовая кислота и лейцин, а треонин, пролин и валин часто отсутствуют (табл. 2). В образцах установлено также присутствие D-ал-лоизолейцина — аминокислоты, образующейся при высоких температурах.
В образцах из верхнего ордовика содержание аминокислот в раковине составляет 38.6 мкг/г, что несколько ниже, чем их содержание во вмещающей породе (47.6 мкг/г). Доминирующими аминокислотами в верхнеордовикских раковинах являются фенилаланин и серин. В образце из яре-нейского горизонта нижнего лландовери содержание аминокислот составляет около 50 мкг/г и приблизительно такие же количества аминокислот характерны для вмещающей породы. Как в
раковине, так и в породе спектр исследуемых аминокислот сокращен. Здесь отсутствуют или установлены в очень низких концентрациях треонин, пролин, валин, метионин, изолейцин и тирозин. В образце из лолашорского горизонта лландовери количество аминокислот в раковине в три раза превышает их содержание во вмещающей породе. Это единственный образец среди лландоверийских брахиопод, содержание аминокислот в раковине которого достигает 82.8 мкг/г. Среди доминирующих аминокислот в нем отмечено появление тирозина и глутаминовой кислоты, повышенные концентрации которых, возможно, свидетельствуют о том, что органическое вещество этих раковин подвергалось окислению микроорганизмами. В раковине из отложений средней части маршрутнинского горизонта лландо-вери содержание аминокислот (40 мкг/г) значительно ниже, чем во вмещающей породе (60 мкг/г). Это подтверждает существование процесса диффузии аминокислот из скелетных остатков в слои осадочной породы, содержащей раковину. Самые высокие концентрации аминокислот — более 100 мкг/г — установлены в раковинах брахиопод из венлокских отложений войвывского горизонта. Во вмещающих породах количество аминокислот значительно ниже — 40—50 мкг/г породы. Доминирующими аминокислотами в раковинах и породах войвывского горизонта венлока являются глицин, серин, глутаминовая кислота и лейцин, причем в раковине Рго1а1гура тАа1а содержание глицина достигает 26%.
о л
Горизонт
Разрез
Интервал распространения брахиопод
Содержание аминокислот, мкг/г
0 50 100 150 200
1_I_I_I_I
о
м о ч Я
(U
PQ
Овинпарм-
\1/
м/
м/1
ч
о g
* &
С
Карповский
м/|
Белушьин-ский
<ч о ч
й
Сизимский
а
Падимейгы-
висский
W
Войвывский
Маршрутнин-
Ш1
Ух
у II II
S ft
(U
rn
о ч Я се ч
Филиппьельс-
о
leal
Лолашорский
¿ы i у
II у I I
Яренейский
.ГуГ II lAll
м/
а
Кырьинский
шо
áh
м/
IX
VIII
VII
VI
V
IV
III
II
1 -Чг^ 2 3 4
1 1 || 1
\|/ 6 7 8 ©Q 9 о
Рис. 1. Изменение содержаний аминокислот в ископаемых брахиоподах и карбонатных породах. 1 — известняк; 2 — доломит; 3 — известняк доломитовый; 4 — известняк биогенный; 5 — рифовые постройки; 6 — брахиоподы; 7 — водоросли; 8 — табуляты; 9 — строматолиты; 10 — остракоды. Брахиоподы: I — Holorhynchus giganteus; II — Virgiana barrandei; III — Borealis samojedicus; IV — Leptaena sp.; V — Spirinella nordensis; VI — Protatrypa inflate; VII — Conchidium novosemeli-cum; VIII — Collarothyis canaliculata; IX — Lenatoechia kuliki; жирной линией выделены биотические события.
I
5
Специфичный состав аминокислот отмечен в раковине СопсЫёшш поуо8ешеИсиш из рифоген-ной толщи лудловского яруса верхнего силура. Содержание аминокислот составляет 76.9 мкг/г в раковине и 42.3 мкг/г в породе, среди индивидуальных аминокислот доминируют серин и изо-лейцин. В раковине доля изолейцина составляет
13% от общего содержания аминокислот, тогда как в остальных образцах не превышает 2%.
Невысокие содержания аминокислот характерны для образцов из верхов пржидольского яруса (карповского горизонта) верхнего силура. Так, в раковине СоПаго&угаз сапаИсиМа и заключающей ее породе их концентрация составляет
Таблица 2. Содержание аминокислот в раковинах и вмещающих породах (% от общего содержания аминокислот)
Ами
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.