Ми нарешті знаємо, які тварини були першими на Землі

Що вдалося виявити науковцям?

Фахівці виявили так звані хімічні викопні – залишки біомолекул, які походять від живих організмів і зберігаються в осадових породах сотні мільйонів років. Ці особливі сполуки являють собою стерани – геологічно стабільну форму стеролів, подібних до холестерину, які входять до складу клітинних мембран складних організмів. Дослідники простежили походження цих стеранів до класу морських губок, відомих як демогубки. Сьогодні демогубки, представлені величезною різноманітністю розмірів і кольорів, живуть в океанах як м'які організми-фільтратори. Їхні древні попередники, ймовірно, мали схожі характеристики, пише 24 Канал з посиланням на статтю в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Почесний професор геобіології Массачусетського технологічного інституту Роджер Саммонс, зазначає, що точний зовнішній вигляд цих давніх істот невідомий, але вони напевно жили в океані, мали м'яке тіло і, швидше за все, не володіли кремнієвим скелетом. Відкриття специфічних для губок хімічних викопних стало потужним доказом того, що предки демогубок належали до перших тварин, які з'явились на Землі значно раніше за інші основні групи тваринного світу.

Нове дослідження базується на результатах, опублікованих тією ж групою науковців у 2009 році. Тоді команда вперше ідентифікувала хімічні викопні, що, ймовірно, походили від древніх губок. Вони проаналізували зразки порід з Оману та виявили значну кількість стеранів, які виявились збереженими залишками стеролів з 30 атомами вуглецю – рідкісної форми стероїдів, що, як показали дослідники, імовірно походили від стародавніх морських губок.

Стерани було знайдено в дуже давніх породах, що утворились в едіакарський період – приблизно від 541 до 635 мільйонів років тому. Цей період передував кембрію, коли на Землі відбувся раптовий глобальний вибух складного багатоклітинного життя.

Відкриття команди свідчило, що древні губки з'явились набагато раніше за більшість багатоклітинних організмів і, можливо, були одними з перших тварин на планеті.

Чому провели нове дослідження?

Незабаром після оприлюднення цих результатів виникли альтернативні гіпотези щодо походження стеранів з 30 атомами вуглецю, включаючи припущення, що ці хімічні сполуки могли бути створені іншими групами організмів або небіологічними геологічними процесами. Тому вчені знову взялися до роботи, щоб підтвердити або спростувати свої попередні висновки, пише Phys.org.

Нове дослідження лише підкріпило стару гіпотезу про те, що саме древні губки залишили цей особливий хімічний запис, оскільки вчені виявили новий хімічний викопний слід у тих самих докембрійських породах, який майже напевно має біологічне походження.

Дослідники проаналізували зразки з бурових кернів та виходів порід в Омані, західній Індії та Сибіру на наявність стеранів. Базова структура стеролу складається з чотирьох з'єднаних вуглецевих кілець. Додаткові вуглецеві бічні ланцюги та хімічні добавки можуть приєднуватися до структури стеролу, залежно від того, які сполуки можуть виробляти гени конкретного організму. У людини, наприклад, стерол холестерин містить 27 атомів вуглецю, тоді як стероли в рослинах зазвичай мають 29 атомів вуглецю.

Любна Шавар, провідна авторка дослідження та колишня постдокторантка MIT, наголошує, що знайти стерол з 30 атомами вуглецю було дуже неочікувано. Хімічні викопні рештки, ідентифіковані у 2009 році, були саме 30-вуглецевим стеролом. Крім того, команда встановила, що ця сполука може синтезуватися завдяки присутності специфічного ферменту, який кодується геном, поширеним у демогубок.

У новому дослідженні команда зосередилась на хімії цих сполук і зрозуміла, що той самий ген, притаманний губкам, може виробляти ще рідкісніший стерол з 31 атомом вуглецю. Коли вони проаналізували зразки порід на наявність стеранів з 31 атомом вуглецю, то виявили їх у значній кількості разом зі згаданими раніше стеранами з 30 атомами вуглецю.

Шавар відзначає, що ці особливі стерани були присутні весь час, але потрібно було поставити правильні запитання, щоб їх виявити та зрозуміти їхнє значення й походження.

Дослідники також отримали зразки сучасних демогубок та проаналізували їх на наявність стеролів з 31 атомом вуглецю. Виявилось, що ці стероли – біологічні попередники стеранів з 31 атомом вуглецю, знайдені в породах, – справді присутні в деяких видах сучасних демогубок. Крім того, вони хімічно синтезували у лабораторії вісім різних стеролів з 31 атомом вуглецю як еталонні стандарти для перевірки їхніх хімічних структур. Потім вони обробили молекули способами, що імітують процеси, яким стероли піддавалися б після осадження, поховання та впливу тиску протягом сотень мільйонів років.

Виявилось, що продукти лише двох таких стеролів точно збігаються з формою стеролів з 31 атомом вуглецю, знайдених у древніх зразках порід. Присутність двох і відсутність інших шести підтверджує, що ці сполуки не були створені випадковим небіологічним процесом. Результати, підкріплені кількома лініями доказів, наполегливо підтримують ідею про те, що стерани, виявлені в древніх породах, справді були створені живими організмами, а не геологічними процесами.

Тож губки чи ні?

Цими організмами, найімовірніше, були предки демогубок, які й донині зберегли здатність виробляти ту саму серію сполук. Саммонс підкреслює, що це поєднання того, що знаходиться в породі, що є в губці, і що можна створити в хімічній лабораторії. Три взаємопідтримуючі лінії доказів вказують на те, що ці губки були одними з найперших тварин на Землі. Шавар додає, що в цьому дослідженні показано, як автентифікувати біомаркер, перевіряючи, що сигнал дійсно походить від життя, а не від забруднення чи небіологічної хімії.

Тепер, коли команда показала, що стероли з 30 та 31 атомами вуглецю є надійними сигналами древніх губок, вони планують шукати хімічні викопні в древніх породах з інших регіонів світу. З породами, які вони досліджували досі, можна визначити лише те, що осад та губки утворилися в якийсь момент едіакарського періоду. З більшою кількістю зразків у них буде можливість точніше встановити, коли з'явились деякі з перших тварин на планеті.