Първите едноклетъчни организми с обособено ядро са се появили повече от 1 млрд. години по-късно, отколкото се предполагаше досега, съобщава институтът Макс Планк.
Оказва се, че замърсени проби са създали объркване в теорията за еволюцията на живота. Международен екип от учени, в който участват и научни специалисти от секция „Биогеохимия“ към Института Макс Планк, успява да опровергае посредством изключително точен анализ смятаното до момента за неоспоримо доказателство, че еукариотите са се появили преди 2,5-2,8 милиарда години. За разлика от прокариотите и бактериите клетките на еукариотите имат обособено клетъчно ядро. Някои изследователи смятаха, че са открили молекулярни следи от живот в скални проби, датиращи от преди 2,8 млрд. години. Наскоро проведено проучване обаче показва, че тези предположения са били направени на основата на замърсени проби. Сега най-старото доказателство за съществуването на еукариотни организми се оказват микрофосили на възраст 1,5 млрд. години.
© Christian Hallmann
Сондажи до късно през нощта: Учените от екипа на Кристиан Халман и Катрин Френч предприемат изключителни мерки за сигурност с оглед запазване на пробите от замърсяване. Сондирането става много бавно, тъй като учените не използват синтетични смазочни средства. Това става причина за проточване на работата сред австралийската пустош (на английски: The Australian Outback) често до късните часове на нощта.
Поне според дървото на живота човекът има много по-голямо сходство с амебата, отколкото с бактерията. Това е така, защото амебата спада към царството на еукариотите, докато бактериите са прокариоти. Действително първите еукариотни организми са предшественици на всички по-висши форми на живот, вкл. и човека. Появата на еукариотните клетки представлява огромна крачка в еволюцията по пътя към комплексните форми на живот. Т.нар. ендосимбиоза, при която две или повече едноклетъчни бактерии се сливат в един общ организъм с клетъчно ядро и органели, е безусловната предпоставка за възникване на по-голяма част от живите организми, които познаваме днес.
За да изяснят как точно са се развили по-висшите форми на живот, еволюционните биолози искат да научат кога и при какви обстоятелства еукариотите са направили своя дебют на сцената на живота. Международен екип от учени, сред които специалисти от групата на Кристиан Халман от секцията по биогеохимия към Института Макс Планк, внасят решаващи аргументи в научните дебати по тези въпроси.
Пропаст между фосили и химични следи
Най-старите микрофосили, които безспорно са признати за останки от еукариотите, са открити в Северна Австралия в скални проби на възраст приблизително 1,5 млрд. години. Тези фосили са морфологично анализирани от изследователи в рамките на микропалеонтологични проучвания и са идентифицирани като останки от водорасли. В алтернативни проучвания за проследяване възникването на по-висши форми на живот учените са анализирали определени липиди (стероиди), съдържащи се в клетъчната стена на еукариотни организми. Те могат не само да послужат като високоспецифични характеристики за разпознаване на определени групи организми, но и при определени обстоятелства да преживеят изключително дълго време в седименти. „Посредством анализа на такива молекули, т.нар. биомаркери, можем да направим реконструкция на молекулярно ниво на предишния живот на Земята“, обяснява Кристиан Халман, ръководител на изследователската група “Органична палеобиогеохимия“ към Института Макс Планк.
От 2012 година екипът на Халман работи върху това да проучи по-добре развитието на условията на околната среда и видовото разнообразие от периода на възникване на планетата Земя до момента на развитие на животинския свят (прекамбрий). „Изясняването на този интересен от историческа гледна точка период извлича огромна полза от молекулярния подход“, казва Халман. На основата на молекулярни следи палеонтологът и неговите сътрудници до момента са анализирали скални проби на възраст до 2,7 млрд. години.
Стероидните молекули притежават свойството да се запазват под формата на стерани в стари седименти, т.е. вкаменени слоеве наноси от дъното на праисторически водни басейни. И тъй като през последните 15 години няколко учени идентифицират множество такива молекулярни следи в стари седиментни проби, датиращи от преди 2,5-2,8 млрд. години, те заключават, че еукариотните водорасли са възникнали още по това време, т.е. в късния архай. И така възниква пропаст от повече от 1 млрд. години между най-ранните отлагания на тези биомаркери и най-старите фосилни остатъци от микроводорасли.
Изключително чисти проби имат за задача да изяснят въпроса със замърсяването
Освен това откриването на различни стероиди ни навежда на мисълта за един същевременно модерен модел на разпространение на различни видове водорасли. „В началото се спекулираше, че това може би е едно твърде ранно групиране на водораслите в различни видове“, казва Кристиан Халман. „Предположенията обаче, че въпреки многобройните предпазни мерки е възможно пробите да са замърсени, ставаха все повече.“ Проблемът беше в това, че архайските проби или не са били изследвани при специални условия, или дълги години са били съхранявани в неидеални условия. „Подозрението за замърсяване на пробите постепенно раздели нашите колеги на два противоположни лагера“, обяснява Халман.
Работа на открито в служба на „по-чиста“ наука: Кристиан Халман, Катрин Френч, Роже Бьойк и Ле Бонзе (от ляво на дясно) провеждат сондажи в седименти на възраст между 2,5 и 2,8 млрд. години. И тъй като успяват да запазят пробите от замърсяване, те доказват, че първите еукариоти вероятно са се появили повече от 1 млрд. години по-късно, отколкото се смяташе до момента.
© Christian Hallmann
През 2012 Халман съвместно с Катрин Френч, по това време сътрудник към Института за технологии в Масачузетс, разработва метод за изключително чист анализ на най-старите скали, за които се смята, че съдържат стероиди. В сътрудничество с Роже Бьойк от Университета Вашингтон учените в продължение на седмици събират скални проби в отдалечената австралийска пустош в рамките на сондажен проект на Института Agouron, като взимат невиждани до този момент предпазни мерки с оглед запазване на пробите от замърсяване.
Нито дори пикограм еукариотни стероиди
Взетите цилиндрични проби Френч, Халман и колегите им разделят на симетрични части, които анализират в различни независими лаборатории. Резултатите са изумително еднородни. „Страхувахме се от това, да не би в лабораторни условия да се окаже, че въпреки изключителните ни усилия пробите все пак са замърсени“, споделя Халман. „Тогава всичко щеше да бъде напразно.“ Пробите обаче са изключително чисти: толкова чисти, че високочувствителните масспектрометри в различните лаборатории не установяват наличието дори на един пикограм еукариотни стероиди. Предположението, че по-ранните проби вероятно са били замърсени, се потвърждава.
В същото време учените откриват в скалните проби относително голямо количество от т.нар. диамондоиди и полиароматни въглеводороди. Халман нарича това „газов намек“, тъй като тези молекули се срещат и в изгорелите газове, отделяни от двигателите, и са белег за наличие на органична материя, претърпяла промени под въздействие на високи температури. „Цялата органична материя в тези проби е претърпяла промени в рамките на милиони години вследствие на налягане и температури и никакви биомаркери не са оцелели. Ето защо не успяхме да дадем никакви сведения за първоначалния биологичен характер на материала“, заключава Халман.
Във всеки случай стероидните молекули, за които погрешно се е смятало, че са на възраст 2,7 млрд. години, вече не могат да бъдат смятани за доказателство, че еукариотите са се появили много по-рано, отколкото показват фосилните находки. Следователно сега микрофосилите на възраст 1,5 млрд. години следва да бъдат възприети като най-старото доказателство за наличие на еукариотни организми на Земята – нова информация, която ще има голямо отражение не само върху геонауките.
Биомаркерите остават важен инструмент за прекамбрийската палеонтология
Резултатите не само допринасят за изясняване на периода, в който са възникнали еукариотите, те помагат за разгадаване на още една загадка: Тъй като всички еукариоти се нуждаят от кислород, би следвало развитието на оксигенната фотосинтеза да предшества в еволюционно отношение прехода към организми с еукариотни клетки. Последиците от тази биохимична иновация, позната като „кислородна катастрофа“, променя цялостния облик на планетата, тъй като атмосферата се насища с кислород. Еднозначно е прието, че това събитие се е случило преди 2,5-2,4 млрд. години. До момента беше трудно да се обясни как еукариотите са се появили 100 млн. години преди това, след като непременно се нуждаят от кислород.
„Посредством добре обмислена стратегия и в сътрудничество с колеги в международен мащаб успяхме да дадем отговор на един от големите въпроси в молекулярната геобиология“, казва Халман. Въпреки новите открития биомаркерите запазват своята значимост като инструмент при палеонтологични проучвания на прекамбрийската ера, не на последно място поради факта, че седиментните стероиди и други биомаркери са значително по-специфични от микрофосилите. За разлика от архайската ера седиментните басейни от късния прекамбрий съдържат голямо разнообразие от скали, чиито органичен материал е сравнително добре запазен и дава възможност за изследване на биомаркери. „Доказването на по-късната поява на еукариотите на Земята ни дава възможност да работим по един нов начин, и то с изгледи за успех, върху действителната по-ранна еволюция на водораслите“.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари