Древние окаменелости возрастом 1,7 млрд лет могут раскрыть тайну зарождения сложной жизни

Древние микроскопические окаменелости могут стать ключом к разгадке того, как Земля превратилась из планеты бактерий в мир, кишащий сложной жизнью, и возможен ли такой же переход в других местах Вселенной. Credit: Shutterstock

Поиски жизни на Марсе или на ледяных лунах, таких как Европа и Энцелад, привлекают больше внимания, но другая важная загадка астробиологии находится гораздо ближе к дому. Ученые до сих пор пытаются понять, когда на Земле появились первые эукариоты и как эти организмы подготовили почву для возникновения сложной жизни.

Этот вопрос важен, поскольку микробные организмы доминировали на Земле примерно 90 процентов истории планеты. Реконструкция перехода от мира, населенного почти исключительно микробами, к миру, полному растений, животных и грибов, может также помочь ученым понять, может ли сложная жизнь развиться где-либо еще во Вселенной.

От микробов к сложной жизни

Жизнь зародилась на Земле более 3,5 миллиарда лет назад, согласно Россу Андерсону, палеонтологу из Оксфордского университета в Великобритании. Цианобактерии и кислородный фотосинтез существовали уже по крайней мере 2,3 миллиарда лет назад, а эукариоты появились не позднее 1,7 миллиарда лет назад.

Водоросли появились не менее миллиарда лет назад и, вероятно, возникли даже раньше. Животные появились не менее 570 миллионов лет назад, а возможно, и несколько раньше.

Чтобы добраться до общего предка растительного и животного царств, Андерсон говорит, что исследователям необходимо заглянуть в прошлое примерно на 1,6 миллиарда лет назад.

Кроновые эукариоты, которые являются одними из самых ранних эукариотических форм, которые ученые пытаются проследить, сыграли решающую роль в возникновении сложной жизни на Земле. Андерсон считает эукариот первой сложной жизнью на планете.

Чем эукариоты отличаются?

Эукариотические клетки содержат ядро, в котором заключена их ДНК. Они также содержат органеллы — специализированные структуры внутри клетки. Одним из примеров является митохондрия, которая помогает обеспечивать энергией, необходимой для поддержания более требовательных форм жизни.

Эукариоты в конечном итоге дали начало сложным многоклеточным организмам и крупным видимым формам жизни. Каждое животное, растение и гриб вокруг нас сегодня являются эукариотами.

Однако найти их самых ранних предков чрезвычайно сложно.

Организмы старше 500 миллионов лет еще не имели раковин или скелетов. Поскольку эти твердые структуры не эволюционировали, палеонтологам приходится полагаться на редкие среды, способные сохранять хрупкие клетки и мягкие ткани.

Это оставляет ученым относительно мало информации о том, как менялась жизнь в течение огромного промежутка времени, охватывающего около 90 процентов истории Земли.

В поисках перехода к многоклеточной жизни

Исследования Андерсона сосредоточены на одном из самых больших переходов в биологической истории: как Земля изменилась от планеты, где доминировали бактерии, до планеты, населенной сложными многоклеточными организмами.

Поскольку окаменелости этих ранних многоклеточных организмов трудно найти, он изучает химию древних пород, чтобы определить среды, наиболее вероятно сохранившие их.

Еще одним серьезным препятствием является само время. Микрофоссилии эукариот пережили миллиарды лет геологических изменений и деградации, что делает и без того крошечные останки еще более трудными для обнаружения.

Ученым известно, что переход от одноклеточной жизни к многоклеточным организмам происходил более одного раза в разных частях мира. Андерсону особенно интересно понять, как этот процесс в конечном итоге привел к поразительному разнообразию, наблюдаемому среди современных животных.

Большая часть фундамента современного разнообразия животных появилась во время эдиакарско-кембрийского перехода примерно 540 миллионов лет назад. Этот период ознаменовал крупный эволюционный сдвиг от преимущественно мягкотелых организмов к кембрийскому взрыву, когда животные с большей подвижностью, раковинами и скелетами становились все более заметными.

Где ученые ищут древние микрофоссилии

Поиск окаменелостей из гораздо более ранних периодов требует поиска в местах, где у хрупкого биологического материала был необычный шанс выжить.

Андерсон и его коллеги особенно заинтересованы в регионе площадью около 100 квадратных километров недалеко от Шпицбергена, Норвегия. На 80-м градусе северной широты эта отдаленная островная территория когда-то была покрыта мелководным морем.

Австралия также предоставила важные доказательства. Только в прошлом году исследователи обнаружили там одни из самых древних известных эукариотических микрофоссилий, датируемых примерно 1,75 миллиарда лет назад.

Древние прибрежные среды являются особенно многообещающими местами для поиска. Эукариоты, жившие в этих условиях, имели бы доступ к обильным питательным веществам и органическому материалу — условиям, которые могли бы поддерживать большее разнообразие и развитие многоклеточности.

Исследователи часто нацеливаются на нетронутые места или регионы, которые получили относительно мало научных проб. Андерсон специализируется на изучении районов, где огромные залежи глины могли помочь сохранить древние останки эукариот.

Сегодня многие из лучших мест для проведения этой работы — пустыни или арктические ландшафты. При небольшой растительности или ее отсутствии древние породы остаются обнаженными и доступными.

Почему охота за окаменелостями так сложна

Даже в идеальных местах найти микрофоссилии эукариот — огромная задача. Организмы были микроскопическими, не имели защитных твердых тканей и подвергались воздействию миллиардов лет геологической деградации.

По словам Андерсона, одна из самых больших проблем заключается просто в том, что летопись окаменелостей этого периода остается плохо изученной.

Тем не менее исследователи добиваются прогресса. Ученые становятся лучше в определении типов пород, которые с наибольшей вероятностью содержат ранние окаменелости, предоставляя новые доказательства, которые могут помочь реконструировать историю самой ранней жизни на Земле.

Что самая ранняя жизнь на Земле может рассказать нам об инопланетной жизни

Поиски имеют значение, выходящее далеко за пределы понимания биологического прошлого Земли.

Андерсон говорит, что большая часть его работы с глинистыми отложениями изначально была мотивирована поисками жизни на других планетах. Изучая, какие среды сохраняют древние организмы на Земле, ученые могут стать лучше подготовленными к распознаванию возможных признаков жизни в других местах.

Понимание того, как жизнь возникла и становилась все более сложной на нашей собственной планете, является важной частью астробиологии. Если ученые хотят оценить, насколько вероятно возникновение и эволюция жизни в другом месте, им сначала нужна более четкая картина того, как этот процесс происходил здесь, на Земле.

Источники:

Материалы предоставлены Universe Today. Оригинал написан Брюсом Дормини.