В наших исследованиях мы начали подбирать материалы по рассеянному, законсервированному в горных породах органическому веществу, ранее вообще не изучавшемуся, которое должно было иметь местами весьма сложный состав. Его изучение позволило бы нам подойти к представлениям о составе исходного первичного органического вещества, к химическому составу самих древних организмов. Это органическое вещество осадочных горных пород во многих случаях не связано с составом видимых остатков организмов, обычных объектов палеонтологического исследования. Поэтому нам пришлось в ряде случаев принять его отчасти за остаточное органическое вещество бактериального происхождения. Местами оно оказалось четко связанным с веществом ископаемых синезеленых водорослей.
Зародившаяся мысль о значительной роли ископаемых древних автотрофных и иных бактерий в породо- и минералообразовании привела нас в некоторые районы Тянь-Шаня, в горные районы Сибири - к разрезам древнейших осадочных отложений, где мы знали или предполагали аномальные концентрации ряда интересных минеральных веществ. Это были залежи фосфатов в кембрии Каратау (Казахстан), а также слои с осадочными рудами железа и марганца, различные железисто-кремнистые породы, известняки различных типов. Как оказалось, очень интересные материалы имеются в районах известных контактовых месторождений железа и месторождений марганца неясного происхождения. Интересные материалы дало и изучение процесса цементации некоторых древних обломочных пород, а также процессов выветривания горных пород, в том числе и интрузивных.
Эти материалы привели к необходимости пересмотреть взгляды на породообразующую роль микроорганизмов, особенно ископаемых. Первое место среди них теперь приходится приписывать бактериям.
Изучая деятельность морских денитрифицирующих бактерий в Атлантическом океане, Г. Дрю открыл формы, осаждающие из морской воды карбонат кальция. Эти бактерии оказались денитрифицирующими и декальцинирующими. Они как бы снижают содержание нитратов в морской среде, ограничивая тем самым масштаб жизнедеятельности фитопланктона. Бактерии проявляют свою "деятельность" в районах тропических и субтропических морей и океанов. Оптимальная температура для них - около 29,5° С. Рост их отмечается при температуре выше 10°, при 33°С он начинает замедляться. Образуемый ими карбонатный осадок в виде белого облака - мути - медленно оседает (в лабораторных условиях) или остается в течение длительного времени во взвешенном состоянии. Такое явление можно наблюдать и в СССР на оз. Балхаш. Осадок получается или иловидный, или в виде мелких шариков типа оолитов, если в воду добавлять мелко раздробленный гипс. Шарики эти, в частности, со дна Большого Соленого озера в Северной Америке, состоят из арагонита с постепенными переходами в кальцит. Кальцит иногда образовывался непосредственно из известковой мути при отстаивании пробы морской воды, причем отмечалось выделение сероводорода, которое происходило при участии бактерий.
Советские микробиологи полагают, что выделение карбоната кальция бактериями из морской воды и других минерализованных сред происходит за счет сульфата кальция (гипса) в процессе его разрушения, иногда с получением конечного продукта в виде серы. Ход реакций представляется таким:
CaSО4 → CaS CaS + СО2 → СаСО3 + S
Таким образом, выпадение карбоната кальция, а иногда и магния из природных водных сред приходится считать связанным в той или иной степени с жизнедеятельностью бактерий. Процесс этот в морях геологического прошлого некоторые литологи и геологи иногда недооценивают, иногда совсем не принимают во внимание как массовое явление.
Как известно, карбонатные породы начали входить в состав осадочных отложений непосредственно с архейского времени, с момента начала формирования древнейших нормальноосадочных пород. Если биогенное происхождение многих известных слоев и горизонтов известняков, например: рифовых, археоциатовых, коралловых, брахиоподовых, фораминиферовых и прочих, не вызывало никаких сомнений, то в отношении многих толщ и свит таких "плотных" пород вопрос о генезисе не всегда был ясен. Чем древнее карбонатные породы, тем чаще мы встречаем так называемые "немые" слои и толщи, лишенные видимых остатков ископаемых организмов. Подобные породы мы находим, в сущности, во всех геологических системах. Слои с органическими остатками в природе все же редкость, но там, где они имеются, мы уделяем им преимущественное внимание, в результате чего наши коллекции относительно богаче остатками ископаемых макроорганизмов, чем отображаемые ими естественные разрезы соответствующих геологических свит и серий.
Между тем тщательные поиски органических остатков часто позволяют охарактеризовать палеонтологически многие толщи древних морских отложений, в которых обнаруживаются остатки породообразующих синезеленых водорослей в виде строматолитов, онколитов и даже иногда плотных внешне пород. Тем не менее еще бытует мнение о распространенности "немых толщ" и вследствие этого часто некоторые морские осадки признаются имеющими химическое происхождение, что не всегда правильно.
Известно, что пересыщенный раствор карбоната кальция в морской воде мог бы получаться лишь при выпаривании последней на 75%, что и осуществляется в природе, но не в нормально морских, а в лагунных условиях. Выпадение карбоната кальция при этом может сопровождаться осаждением сернокислого кальция в виде гипса. Некоторые исследователи, подсчитывая растворимость карбоната кальция в морских водах, полагают, что и там могут возникать обстановки насыщения среды этой солью, т. е. условия для ее химического выпадения. Но нужно учитывать запасы в морских водах свободной углекислоты, способной растворять твердый карбонат кальция. Таким образом, от идеи массового химического осаждения морских известняковых осадков приходится решительно отказаться. Главную массу их приходится определенно считать микробиогенной. Следовательно, мы должны поддерживать ранее высказанные взгляды Мэррея, В. И. Вернадского, Б. Л. Исаченко, А. П. Виноградова и других.
Изготовляя тончайшие прозрачные шлифы из различных известняков древнейших толщ, мы смогли в ряде случаев, окрашивая препараты, различать палочковидные, кокко-бацилловидные тельца, в которых нельзя не узнавать фоссилизированных, пропитанных карбонатом кальция клеток каких-то породообразующих бактерий. Открытые нами палочковые бактерии в кембрийском известняке имеют толщину около 1 pH при длине в 2,0-2,5 μ.
Нам думается, что выпадение карбоната кальция из морской воды происходит не при косвенном участии бактерий, как это представляли себе многие исследователи ранее, а в теле бактерий, в процессе превращения бикарбоната кальция морской воды в кальцийорганическое соединение, близкое к кальциту. Поэтому образование карбонатной мути, известкового илового осадка в теплых морях, вероятно, есть процесс осаждения отмерших клеток бактерий, пересыщенных твердым минеральным веществом в виде кальцийорганических соединений. При этом органическая оболочка этих сгустков на пути ко дну бассейна, в осадке, а иногда даже после превращения его в известняк, защищает их более или менее длительно от перераспределения вещества. Последнее происходит, несомненно, лишь после полного распада органических веществ клетки с выпадением в осадок карбоната кальция в виде мелких кристалликов. Вследствие этого нам и удается наблюдать иногда подобные образования в очень древних породах.
По данным исследований академика Б. Л. Исаченко, изучавшего условия образования известкового ила в озере Севан (Армения), а также известковых образований в горячих источниках, существует ряд видов бактерий, способных выделять углекислый кальций сначала в виде кальцийорганических соединений, потом в виде бесформенных скоплений карбоната кальция, затем в кристаллической форме кальцита или арагонита. Иногда образуются округлые тела - сферолиты, или оолиты, радиально-лучистые или концентрически наслоенные. Внутри последних исследователь обнаруживал клетки бактерий. Поэтому Б. Л. Исаченко полагал, что таким путем и в древних пресных и соленых водоемах могли образовываться известковые отложения.
