Крошечные ископаемые остатки возрастом 1,7 миллиарда лет способны пролить свет на то, как наша планета перешла от состояния, в котором безраздельно властвовали одноклеточные, к миру, населённому высокоорганизованными существами. Изучение этих микроокаменелостей, возможно, подскажет, способна ли аналогичная эволюционная метаморфоза произойти и за пределами Земли. Кредит: Шаттерсток
Миссии, нацеленные на поиски жизни на Марсе или на ледяных спутниках — Европе и Энцеладе, — неизменно привлекают внимание общественности. Однако не менее важная загадка астробиологии кроется гораздо ближе: учёные до сих пор не пришли к единому мнению о том, когда на Земле впервые появились эукариоты и каким образом эти организмы создали предпосылки для возникновения современной биосферы.
Микробы оставались безраздельными хозяевами планеты на протяжении примерно 90 процентов её истории. Реконструкция перехода от бактериального мира к среде, наполненной растениями, животными и грибами, может помочь понять, способна ли жизнь в других уголках космоса достигать такого же усложнения.
От микробов к сложной жизни
Как сообщает Росс Андерсон, палеонтолог из Оксфордского университета, первые формы жизни возникли на Земле более 3,5 миллиарда лет назад. Цианобактерии, вырабатывающие кислород, и сам фотосинтез появились не позже 2,3 миллиарда лет назад, а эукариоты — как минимум 1,7 миллиарда лет назад. Водоросли, по-видимому, возникли около одного миллиарда лет назад, хотя не исключено, что и раньше; животные же существуют как минимум 570 миллионов лет.
Андерсон подчёркивает: чтобы выявить ту общую архитектуру, которая объединяет растительное и другие царства, исследователям необходимо обратиться к периоду примерно 1,6 миллиарда лет назад. Именно тогда, по его словам, начали формироваться ключевые черты, определившие дальнейшее развитие жизни.
Самые ранние эукариотические формы, называемые коронными эукариотами, которые учёные пытаются обнаружить в глубинах геологической летописи, сыграли определяющую роль в формировании современной жизни. Андерсон полагает, что эукариоты стали первой по-настоящему сложной формой жизни на планете.
Что отличает эукариотов?
В эукариотических клетках имеется ядро, где заключена ДНК, а также органеллы — специализированные внутриклеточные структуры. Одна из них, митохондрия, вырабатывает энергию, необходимую для поддержания более требовательных форм жизни. Именно эукариоты дали начало многоклеточным организмам и большинству видимых форм жизни: все животные, растения и грибы, окружающие нас сегодня, являются эукариотами.
Однако обнаружить самых ранних предков эукариот чрезвычайно трудно. Организмы старше 500 миллионов лет ещё не обладали панцирями и скелетами, а потому палеонтологам приходится полагаться на редкие условия захоронения, способные сохранить хрупкие клетки и мягкие ткани. В результате учёные располагают крайне скудными сведениями о том, как эволюционировала жизнь на протяжении огромного отрезка времени, охватывающего почти 90 процентов истории Земли.
В поисках перехода к многоклеточной жизни
Исследования Андерсона посвящены одному из ключевых биологических переходов — превращению планеты, где доминировали бактерии, в мир, населённый многоклеточными организмами. Поскольку окаменелости ранних многоклеточных форм редки, он изучает химический состав древних горных пород, чтобы выявить среды, наиболее благоприятные для сохранения следов жизни.
Отдельную проблему представляет время: эукариотические микроорганизмы пережили миллиарды лет геологических изменений и деградации, что делает и без того крошечные останки ещё более трудными для описания. Известно, что переход от одноклеточности к многоклеточности происходил в разных регионах планеты неоднократно. Андерсона особенно интересует, каким образом этот процесс в конечном счёте привёл к тому многообразию животных, которое наблюдается сегодня.
Основы нынешнего разнообразия животного мира сложились во время эдиакарско-кембрийского перехода примерно 540 миллионов лет назад. Этот период ознаменовал собой переход от исключительно мягкотелых существ к кембрийскому взрыву, когда животные с более развитой подвижностью, панцирями и скелетами начали активно распространяться.
Где ищут древние микроокаменелости
Для поиска окаменелостей гораздо более древнего возраста необходимы места, где хрупкому биологическому материалу представился исключительный шанс сохраниться. Андерсон и его коллеги проявляют особый интерес к региону площадью около 100 квадратных километров близ Шпицбергена, Норвегия. Этот удалённый остров лежит примерно на 80-й параллели северной широты.
роты, когда-то был покрыт мелководным морем.
Австралия также предоставила важные доказательства. Только в прошлом году исследователи обнаружили некоторые из древнейших известных эукариотических микрокаменелостей, датируемых примерно 1,75 миллиарда лет назад.
Древние прибрежные территории — особенно перспективные места для поиска. Эукариоты, живущие в условиях, имеющих доступ к обильным питательным веществам и этим органическим материалам, а это условия, которые могли бы обеспечить большее разнообразие и развитие многоклеточности.
Исследователи часто ориентируются на нетронутые места или регионы, которые получили относительно малонаучные образцы. Андерсон специализируется на изученных территориях, где огромные залежи глин, возможно, помог сохранить останки древних эукариот.
Сегодня многие из лучших мест для проведения этих работ — это пустыни или арктические ландшафты. Поскольку растительность на Земле практически отсутствует, древние скалы остаются открытыми и доступными.
Почему охота за полезными ископаемыми так сложна
Даже в идеальных условиях поиск эукариотических микрокаменелостей представляет собой серьезную проблему. Организмы были микроскопическими, не имели защитных твердых тканей и подвергались миллиардам летней геологической деградации.
По словам Андерсона, одна из самых больших проблем заключается в том, что сапропись окаменелостей этого периода остается слабо видимой.
Тем не менее исследователи добились прогресса. Ученые становятся все лучше, используя подобные типы горных пород, которые, как правило, содержат ранние окаменелости, предоставляя новые доказательства, которые могут помочь восстановить историю самой ранней жизни на Земле.
Что древнейшая жизнь на Земле может рассказать нам об инопланетной жизни
Результаты отправлены далеко за рамки понимания биологического прошлого Земли.
Андерсон говорит, что большая часть его работ, связанных с залежами глины, изначально была мотивирована поиском жизни на других планетах. Узнав, что в какой среде древние тела на Земле, ученые смогут лучше подготовиться к распознаванию возможных признаков жизни в других местах.
Поэтому понимание того, что жизнь существовала и стала все более строгой на нашей планете, является важной частью астробиологии. Если ученые хотят оценить вероятность возникновения и развития жизни где-либо еще, сначала им необходимо получить более четкое представление о том, как этот процесс разворачивался здесь, на Земле.