Учёные из Университета Нью-Мексико обнаружили, что необычное доисторическое растение, хвощ, способно раскрыть новые тайны древнего климата Земли. Это открытие предлагает инновационный метод для расшифровки условий окружающей среды нашей планеты, существовавших миллионы лет назад.
Команда под руководством профессора Закари Шарпа из Университета Нью-Мексико опубликовала свои результаты в издании PNAS. Исследование под названием Extreme triple oxygen isotope fractionation in Equisetum посвящено хвощам – полым стеблевым растениям, существующим на Земле более 400 миллионов лет. Выяснилось, что при прохождении воды через эти растения происходит настолько интенсивная естественная фильтрация, что изотопные сигнатуры кислорода в ней становятся похожими на те, что встречаются в метеоритах или других внеземных материалах.
«Это цилиндр высотой в метр с миллионом одинаково расположенных отверстий. Настоящее инженерное чудо, – отметил Шарп. – Ничего подобного невозможно создать в лаборатории». Такая уникальная способность хвощей генерировать изотопные паттерны, ранее считавшиеся невозможными для земных организмов, привлекла широкое внимание научного сообщества.
Необычное изотопное поведение хвощей помогает разрешить давние загадки, связанные с измерениями изотопов кислорода в пустынных растениях, и представляет собой ценный способ реконструкции климата в засушливых регионах. Изотопы кислорода служат своего рода трассерами, позволяя учёным определять источники воды, интенсивность транспирации растений и влажность атмосферы. Тяжёлые изотопы встречаются редко, и предсказать, как их соотношения меняются в реальных условиях окружающей среды, крайне сложно.
Для изучения этого процесса группа Шарпа собирала гладкие хвощи (Equisetum laevigatum) вдоль реки Рио-Гранде в Нью-Мексико. Они отслеживали изменения значений изотопов кислорода от нижних частей растений к верхним. Наиболее высокие образцы показали экстремальные значения, которые ранее выходили за пределы любого известного земного диапазона. «Если бы я нашел этот образец, я бы сказал, что он из метеорита, – заявил Шарп на Геохимической конференции Голдшмидта в Праге в июле. – Но фактически эти значения действительно опускаются до таких невероятно низких уровней».
Новые данные позволили исследователям обновить свои модели, что помогло объяснить необычные изотопные результаты, обнаруженные у других пустынных видов. Профессор Шарп считает, что эти усовершенствованные модели в перспективе помогут учёным лучше понять особенности древнего климата.
Ископаемые хвощи, которые когда-то достигали 30 метров в высоту, содержат крошечные частицы кремнезёма, называемые фитолитами. Эти структуры способны сохранять изотопные сигнатуры на протяжении миллионов лет. По словам Шарпа, фитолиты действуют как «палеогигрометр» – инструмент для измерения влажности в прошлые эпохи.
«Теперь мы можем приступить к реконструкции влажности и климатических условий сред, относящихся ко временам динозавров», – подчёркивает Шарп. Это исследование расширяет вклад Университета Нью-Мексико в геофизические науки и подчёркивает роль хвощей – одних из старейших сохранившихся растений на планете – как неожиданных, но мощных хранителей климатической истории Земли.
