Най-ранните сложни организми на Земята са издържали на сурови условия, а ново проучване разкрива как тези древни форми на живот са използвали арсен, за да оцелеят.
Изследователи са изследвали фосили на 2,1 милиарда години от басейна Франсвил в Габон. Тези фосили принадлежат на еукариоти, организми с усъвършенствани клетки, които са имали обособено ядро, където е събран генетичният материал.
Екипът открива, че тези древни организми са съхранявали арсен в специални клетъчни отделения. Тази стратегия им е помогнала да оцелеят в морета с ниски нива на арсен.
Използвайки усъвършенствана рентгенова технология, авторите на изследването са картографирали арсена във вътрешността на вкаменелостите. Анализът разкрива, че арсенът не е резултат от по-късно замърсяване. А е бил заключен вътре по времето, когато организмите са били живи.
Древните морета са задействали защитни механизми срещу арсен
Проучването предлага нов поглед върху борбата на ранния живот с токсините. Вкаменелостите са живели в богати на кислород морета с изобилие от фосфати. Въпреки това, дори в тези води, арсенатите - солите на арсеновата киселина H3AsO4 - токсичната форма на арсена - е представлявал проблем.
Способността да се справят с арсен не е нещо, което еукариотите са развили произволно.
През този период нивата на кислород на Земята започнали да се повишават. Тази промяна направила арсената по-разпространен. Тъй като арсенатът много прилича на фосфатите (солите на ортофосфорната киселина Н3РО4), той лесно прониквал в клетките.
Организмите са изправени пред голямо затруднение. Те са се нуждаели от начини да избегнат отравяне, като същевременно абсорбират фосфат, хранително вещество, необходимо за живота.
Вкаменелости показват наличието на арсен в телата си
Фосилите показват високи концентрации на арсен, много над нивата в околните скали. Това предполага, че те са абсорбирали арсен, докато са били живи.
Рентгеновите изследвания разкриват арсен в ядрото на малки пиритни кристали във вкаменелостите. Това сочи към биологичен произход. Арсенът вероятно е дошъл от организмите, а не от околната среда след като са били погребани.
Други структури в същите скали не показват подобни модели. Абиотичните конкреции наблизо не са имали тази структура на арсеново ядро. Подобни богати на арсен модели се появяват в някои по-млади животински фосили. Те обаче липсват в чисто минералните проби.
Тази разлика предполага, че франсвилските организми активно са съхранявали арсен. Той не е бил просто абсорбиран от околните води след смъртта им.
Складирай арсена, за да оцелееш
Изследователите са тествали три сценария, за да обяснят наличието на арсен във фосилите. Първо, изключват пасивното абсорбиране от разлагащ се органичен материал.
Второ, екипът отхвърля идеята, че сулфатно-редуциращите микроби са въвели арсена. Най-вероятното обяснение е биоакумулирането. Тези организми са абсорбирали арсена през живота си и са го съхранявали в телата си.
"Това предполага ясно изразен биогенен контрол върху съхранението на арсен", пишат изследователите. Те твърдят, че съхранението на арсен не е било просто трик за оцеляване. Това е била адаптация, свързана с покачването на кислорода в земните океани.
Арсенът уврежда древните екосистеми
Арсенът разрушава живите организми, имитирайки фосфата. Веднъж попаднал в клетките, той блокира ключови процеси като производството на енергия и генетичните функции.
Съвременните организми използват ефлуксни???? помпи или специални ензими за отстраняване на арсен. Някои дори го съхраняват безопасно във вакуоли или везикули.
Фосилите показват следи от арсен, свързан с други метали като никел и мед. Тези метали също могат да бъдат токсични във високи концентрации.
Това предполага, че организмите са имали по-широка система за детоксикация. Възможно е да са съхранявали множество вредни елементи едновременно.
Концептуален модел за биологичното образуване на фосилизирани, богати на арсен пиритни ядра. a Окисленият As—арсенат или As5+ (червени точки) се освобождава в океана чрез химическото и окислително изветряне на континенталната кора. b По време на живота As навлиза в клетката и се детоксикира първо чрез редукция до As3+ (c), след което се екструдира от транспортери на клетъчните мембрани или се изолира във вътреклетъчни отделения (d). e След смъртта и погребването As се освобождава от вътреклетъчните тела в локализирана редуцирана среда, богата на желязо (лилави точки), където сулфатът (зелени точки) се редуцира до сулфиди (жълти точки). f Пиритът се образува чрез микробна сулфатна редукция, като As действа като катализатор на образуването на пирит. g Арсенът се консумира бързо при ниски концентрации в околната среда. h Растежът на пирита води до изчерпване на As далеч от ядрото. Кредит: El Khoury et al. https://doi.org/10.1038/s41467-025-59760-9
Съвременните гъби използват подобно място за складиране
Изследователите направили сравнения със съвременните гъби. Тези древни животни често съхраняват арсен в специални отделения.
Гъбите използват тази стратегия, защото тя им помага да управляват излагането на метали от начина си на хранене чрез филтриране.
Организмите от Франсвил може би са правили нещо подобно. Тяхната среда е имала ниски нива на арсен, но дългосрочното излагане вероятно е довело до постепенно натрупване в телата им.
Съхраненият арсен по-късно е образувал пиритни кристали по време на фосилизацията. Моделът на изследователите показва как този процес е оставил ясни химични маркери във фосилите.
Еволюцията на сложния живот
Резултатите показват, че детоксикацията на арсен се е появила много рано в еволюцията на еукариотния живот. Вероятно това не е било рядко или изолирано събитие.
По-скоро способността за контрол на арсена вероятно е еволюирала многократно през дългата история на Земята, тъй като различни организми са се адаптирали към променящите се условия на околната среда.
Тези богати на арсен фосили разкриват много повече от просто детайли от живота на древните организми. Те служат като мощни инструменти за изследователите, предлагайки начин за откриване на признаци на ранен живот в скали, които са на милиарди години.
Останалите следи от химикалите дават убедителни улики за това как животът е еволюирал и се е адаптирал във враждебна среда.
Стратегии за оцеляване на древния живот
В крайна сметка, изследването подчертава значението на химичните сигнатури като записи на биологичните процеси.
Дори когато органичният материал изчезне, тези химични модели могат да разкажат историята на древните стратегии за оцеляване и екологичните предизвикателства.
Чрез складиране на арсен в клетките си, тези ранни организми са развили уникален начин за оцеляване в токсичните морета. По този начин те не само са преодолявали опасни условия, но и са запазили химически отпечатък, който позволява на учените днес да разкрият древното им съществуване.
Справка: El Khoury, A., Somogyi, A., Chi Fru, E. et al. A battle against arsenic toxicity by Earth’s earliest complex life forms. Nat Commun 16, 4388 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59760-9
Източник: Why ancient organisms stored arsenic inside their cells. Earth.com
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки
dolivo
Най-старите "човешки" фосили в Япония, се оказаха нечовешки, твърди ново проучване
dolivo
Как „зеленото побутване“ стимулира устойчивите избори на хората
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици