Микроорганизмы, давшие начало всем многоклеточными растениям и животным 1,6 миллиарда лет назад
#происхождение жизни #палеомикробиология
Ранние эукариоты, найденные в древней китайской скале, представляют собой "грандиозное видение начала жизни".
Новое исследование, описывающее микроскопические водорослеподобные окаменелости, датируемые более чем 1,6 миллиарда лет, подтверждает идею о том, что одна из отличительных черт сложной жизни, которую мы видим вокруг нас, - многоклеточность - гораздо старше, чем считалось ранее. Вместе с другими недавними исследованиями ископаемые, о которых сообщается в журнале Science Advances, свидетельствуют о том, что эукариоты, в который входят все - от краснокнижных деревьев до людей, - стали многоклеточным примерно на 600 миллионов лет раньше, чем считали ученые. "Это фантастическая статья", - считает Майкл Тревисано, эволюционный эколог из Университета Миннесоты, который помог показать, что дрожжи могут стать многоклеточными в лабораторных условиях. "Это дает нам лучшее представление о грандиозном плане жизни".
Обычно биологи делят этот грандиозный план на две категории: эукариоты, у которых ДНК упакована в ядра, и прокариоты, такие как бактерии, у которых ДНК находится в свободном плавании. Прокариоты появились первыми, около 3,9 миллиарда лет назад; через несколько сотен миллионов лет некоторые из них, цианобактерии, начали образовывать цепочки клеток, что считается прогрессом в усложнении жизни. Около 2 миллиардов лет назад появились гораздо более крупные одноклеточные эукариоты с ядрами. В течение десятилетий исследователи считали, что эукариоты сформировали простые многоклеточные структуры только через 1 миллиард лет после своего появления, и что после эволюции цепочечных структур вскоре появились более сложные формы тела - животные с органами. "Существовало мнение, что многоклеточность трудно поддается эволюции, - говорит Тревисано.
Затем в 1989 году исследователи описали Qingshania magnifica - микроскопическую окаменелость, которая, по их мнению, была примитивной зеленой водорослью, многоклеточным эукариотом. Никто не придал этому открытию особого значения, хотя оно было сделано в пластах формации Чуаньлингоу в Северном Китае, возраст которых составляет 1,6 миллиарда лет. Но с 2015 года Маоян Чжу и Ланьюнь Миао, палеобиологи из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук, собирают породы из того же района, растворяют их и в итоге обнаруживают 279 микроскопических окаменелостей, все из которых, кроме одной, являются образцами Q. magnifica.
В недавней статье они сообщают, что окаменелости состоят из нитей до 20 цилиндрических клеток с прилегающими стенками, как у растений, видимых под микроскопом в виде темных колец. В некоторых окаменелостях были обнаружены споры с собственными клеточными стенками, что говорит о наличии у нитей специализированных репродуктивных структур.
"Что поражает в этих окаменелостях, так это их огромные размеры для того времени и многоклеточность", - комментирует Йохен Брокс, геохимик-органик из Австралийского национального университета. Уильям Рэтклифф, эволюционный биолог из Технологического института Джорджии, который также работает в области изучения многоклеточных дрожжей, добавляет, что его впечатляет уровень внутренней детализации, обнаруженный в древней жизни. "Я получил небольшой дофаминовый удар, увидев эти внутренние отсеки, похожие на споры".
Миао провела химические анализы окаменелостей и обнаружила, что структура их органических углеродных соединений отличается от структуры цианобактерий, обнаруженных в этих породах. Ее группа пришла к выводу, что нити, скорее всего, были зелеными водорослями, похожими на современные эукариоты, такие как Urospora wormskioldii.
Некоторые из микроскопических окаменелостей, найденных в Китае, включали споры (верхнее изображение).
"Авторы проделали достойную работу по интерпретации окаменелостей", - отмечает Стефан Бенгтсон, заслуженный палеобиолог из Шведского музея естественной истории. "Гипотеза о том, что это нитчатые зеленые водоросли, - хорошее начало".
Новые результаты основываются на работе, о которой Бенгтсон и его коллеги сообщили в 2017 году, предположив, что 1,6-миллиардные окаменелости, найденные в Индии, представляют собой красные водоросли. В 2021 году другая команда описала "стенные микрофоссилии", которые они интерпретировали как разнообразный набор эукариот, в отложениях из Канады, датируемых 1,57 миллиарда лет. А буквально в прошлом месяце Ли Энн Ридман и Сюзанна Портер, палеонтологи из Калифорнийского университета, и их коллеги описали несколько эукариотических окаменелостей, найденных в породах Австралии возрастом 1,642 миллиарда лет.
Ридман отмечает, что разнообразие форм тела этих ранних форм многоклеточной жизни просто поражает. Некоторые из них были цилиндрическими с камерами. Другие были сферическими. У одной из них была крышка, которая открывалась, возможно, для того, чтобы избавиться от содержимого клетки. "Все указывает на то, что к этому времени эукариоты были гораздо разнообразнее и сложнее, чем считалось ранее, - говорит она.
Если простые, но разнообразные многоклеточные формы появились так рано, то для развития сложной многоклеточности потребовалось гораздо больше времени, чем считало большинство исследователей; первые существа с органами и клетками, не имеющими прямого доступа к внешней среде, появились не ранее чем 1 миллиард лет назад.
Такое позднее время имеет смысл для Шухай Сяо, геобиолога и палеобиолога из Виргинского политехнического института. По-настоящему сложные эукариоты "имеют множество клеток, которые держатся вместе, общаются друг с другом, имеют разные размеры, формы и функции", - объясняет он. "Чтобы добиться таких успехов, нужно время".
Ласло Надь, эволюционный биолог из Центра биологических исследований Венгерской исследовательской сети, говорит, что если результаты последних исследований подтвердятся, то они будут "замечательными и революционными". Однако он с осторожностью относится к утверждениям о сходстве с живыми водорослями. "Сложно сравнивать организмы возрастом 1,6 миллиарда лет с ныне живущими", - говорит Надь. "Это такой большой срок, что любое сходство с существующими организмами может быть обусловлено случайностью". А Рэтклифф полагает, что эти организмы могут даже не быть эукариотами: "Вполне возможно, что [эти окаменелости] - просто сверхстранные бактерии, которые не похожи на существующие виды".
Но палеонтолог из Гарвардского университета Эндрю Нолл, соавтор статьи в Science Advances, утверждает, что полученные данные и наличие клеточных стенок, которых у прокариот нет, являются достаточным доказательством. "Если бы это было найдено в девонских породах [400-миллионной давности], люди назвали бы это водорослями, и никто бы и глазом не моргнул", - говорит он.
