Представление художника о скоплении первичных эукариотических организмов «протостероловой биоты», населяющих бактериальный мат на дне океана. Судя по молекулярным окаменелостям, организмы протостероловой биоты жили в океанах примерно от 1,6 до 1,0 миллиарда лет назад и являются нашими самыми ранними известными предками. Предоставлено: оркестровано в MidJourney by TA 2023.
Многонациональная исследовательская группа обнаружила в горных породах древние протостероиды, указывающие на то, что сложная жизнь существовала до 1,6 миллиарда лет назад. Эти молекулы предлагают новый взгляд на эволюцию сложной жизни и устраняют несоответствия между традиционными и липидными записями окаменелостей.
Было показано, что недавно обнаруженная запись так называемых протостероидов была удивительно обильна на протяжении всего средневековья Земли. Первичные молекулы были произведены на более ранней стадии эукариотической сложности, что расширило текущие данные об ископаемых стероидах от 800 до 1600 миллионов лет назад. Эукариоты — это термин, обозначающий царство жизни, включающее всех животных, растения и водоросли и отличающееся от бактерий наличием сложной клеточной структуры, включающей ядро, а также более сложным молекулярным механизмом.
«Изюминкой этого открытия является не просто расширение текущей молекулярной записи эукариот», — говорит Кристиан Халлманн, один из участвующих ученых из Немецкого исследовательского центра наук о Земле (GFZ) в Потсдаме. «Учитывая, что последний общий предок всех современных эукариот, включая нас, людей, вероятно, был способен производить «обычные» современные стеролы, высока вероятность того, что эукариоты, ответственные за эти редкие сигнатуры, принадлежали к стволу филогенетического древа».
Бенджамин Неттерсхайм
Бенджамин Неттерсхайм, один из ведущих авторов исследования, изучает элементарные и молекулярные карты сверхвысокого разрешения образцов горных пород возрастом 1,64 миллиарда лет, проанализированных в лаборатории геобиомолекулярных изображений в MARUM. Предоставлено: MARUM – Центр морских наук об окружающей среде, Бременский университет; В. Дикамп
Этот «стебель» представляет собой общую наследственную линию, которая была предшественником всех до сих пор живых ветвей эукариот. Его представители давно вымерли, но детали их природы могут пролить больше света на условия, окружающие эволюцию сложной жизни. Хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы оценить, какой процент протостероидов мог иметь редкий бактериальный источник, открытие этих новых молекул не только согласовывает геологическую летопись традиционных окаменелостей с таковой ископаемых молекул липидов, но и позволяет увидеть редкое и беспрецедентное представление о потерянный мир древней жизни. Конкурентная гибель эукариот стволовой группы, отмеченная первым появлением современных ископаемых стероидов около 800 миллионов лет назад, может отражать одно из самых важных событий в эволюции все более сложной жизни.
«Почти все эукариоты биосинтезируют стероиды, такие как холестерин, который вырабатывается людьми и большинством других животных», — добавляет Бенджамин Неттерсхайм из MARUM, Бременский университет, который разделяет первое авторство исследования с Йохеном Броксом из Австралийского национального университета (ANU) — « из-за потенциально неблагоприятных последствий для здоровья повышенного уровня холестерина у людей, холестерин не имеет лучшей репутации с медицинской точки зрения. Однако эти молекулы липидов являются неотъемлемой частью мембран эукариотических клеток, где они помогают выполнять различные физиологические функции. Ища окаменелые стероиды в древних горных породах, мы можем проследить эволюцию все более сложной жизни».
MALDI Анализ исходных пород
Доктор Неттерсхайм вводит тонкий срез и срезы горных пород возрастом 1,64 миллиарда лет в 7T solariX XR FT-ICR-MS, оснащенный источником MALDI в Лаборатории геобиомолекулярных изображений в MARUM. В рамках продолжающегося исследования сигнатур биомаркеров среднего протерозоя в MARUM, GFZ и Австралийском национальном университете доктор Неттерсхайм стремится приблизиться к колыбели эукариотической жизни с беспрецедентным разрешением. Предоставлено: MARUM – Центр морских наук об окружающей среде, Бременский университет; В. Дикамп
Нобелевский лауреат Конрад Блох уже размышлял о таком биомаркере в эссе почти 30 лет назад. Блох предположил, что короткоживущие промежуточные продукты в современном биосинтезе стероидов не всегда могли быть промежуточными продуктами. Он считал, что биосинтез липидов развивался параллельно с изменением условий окружающей среды на протяжении всей истории Земли. В отличие от Блоха, который не верил, что эти древние промежуточные продукты когда-либо могут быть обнаружены, Неттерсгейм начал поиски протостероидов в древних породах, отложившихся в то время, когда эти промежуточные продукты могли быть конечным продуктом.
Но как найти такие молекулы в древних горных породах? «Мы использовали комбинацию методов, чтобы сначала преобразовать различные современные стероиды в их ископаемые эквиваленты; иначе мы бы даже не знали, что искать», — говорит Йохен Брокс. Ученые десятилетиями игнорировали эти молекулы, потому что они не соответствуют типичным изображениям молекулярного поиска. «Как только мы узнали нашу цель, мы обнаружили, что десятки других горных пород, взятых из водных путей возрастом в миллиарды лет по всему миру, сочатся с аналогичными ископаемыми молекулами».
Самые старые образцы с биомаркером взяты из формации Барни-Крик в Австралии, им 1,64 миллиарда лет.
Горная летопись следующих 800 миллионов лет дает только ископаемые молекулы первичных эукариот, прежде чем молекулярные сигнатуры современных эукариот впервые появятся в тонианском периоде. По словам Неттерсхайма, «Тонианская трансформация является одним из самых глубоких экологических поворотных моментов в истории нашей планеты». Холлманн добавляет, что «как первичные стволовые группы, так и современные эукариотические представители, такие как красные водоросли, могли жить бок о бок на протяжении многих сотен миллионов лет». Однако в это время атмосфера Земли все больше обогащалась кислородом — продуктом метаболизма цианобактерий и первых эукариотических водорослей, — который был бы ядовит для многих других организмов. Позже, произошли глобальные оледенения «Земли-снежка», и сообщества протостеринов в значительной степени вымерли. Последний общий предок всех ныне живущих эукариот, возможно, жил от 1,2 до 1,8 миллиарда лет назад. Его потомки, вероятно, лучше перенесли жару и холод, а также ультрафиолетовое излучение и вытеснили своих первобытных родственников.
«Земля была микробным миром на протяжении большей части своей истории и оставила мало следов», — заключает Неттерсхайм. Исследования в ANU, MARUM и GFZ продолжают отслеживать корни нашего существования — открытие протостеролов теперь приближает нас на один шаг к пониманию того, как жили и развивались наши самые ранние предки. Изучая древние породы с помощью лазера, соединенного с масс-спектрометром сверхвысокого разрешения, в уникальной во всем мире Лаборатории геобиомолекулярных изображений MARUM, доктор Неттерсхайм и его международные сотрудники стремятся приблизиться к колыбели эукариотической жизни с беспрецедентным разрешением, чтобы еще больше улучшить наше понимание наши предки в будущем.
Спасибо за информацию