Открытие микрокаменелостей, которое переосмыслит эволюцию жизни

Микроокаменелости, найденные в Западной Австралии, указывают на значительный скачок сложности жизни во время Великого события окисления, указывая на раннюю эволюцию сложных организмов, таких как водоросли.

По мнению международной группы ученых, микроокаменелости из Западной Австралии могут свидетельствовать о скачке сложности жизни, который совпал с увеличением содержания кислорода в атмосфере и океанах Земли.

Результаты опубликованы в журнале ГеологияЭто изображение представляет собой редкую возможность заглянуть в Великое событие окисления, произошедшее примерно 2,4 миллиарда лет назад, когда концентрация кислорода на Земле увеличилась, фундаментально изменив поверхность планеты. Ученые считают, что это событие привело к массовому вымиранию и открыло дверь для эволюции более сложной жизни, но в летописи окаменелостей было мало прямых доказательств до того, как были обнаружены новые микроокаменелости.

Микроокаменелости найдены в черном кремне, подобном показанному здесь. Кредит: Эрика Барлоу

Первые прямые доказательства связи изменения окружающей среды со сложной жизнью

«То, что мы показываем, является первым прямым доказательством связи изменения окружающей среды во время крупного окисления с увеличением сложности жизни», — сказала соавтор Эрика Барлоу, доцент-исследователь Департамента наук о Земле штата Пенсильвания. «Это то, что было высказано в качестве гипотезы, но в летописи окаменелостей мало что мы не смогли проверить».

По сравнению с современными организмами и водорослями

По словам ученых, по сравнению с современными организмами микроокаменелости больше напоминают тип водорослей, чем более простую прокариотическую жизнь — например, такие организмы, как бактерии, — которые существовали до большого события окисления. Водоросли, как и все другие растения и животные, являются эукариотами, представляющими собой более сложные организмы, клетки которых содержат мембраносвязанное ядро.

Ученые заявили, что необходима дополнительная работа, чтобы определить, были ли микроокаменелости оставлены эукариотическими организмами, но эта возможность будет иметь серьезные последствия. Это отодвинет летопись эукариотических микроокаменелостей на 750 миллионов лет назад.

Хребет Хаммерсли, горный регион в Западной Австралии, где исследователи проводили свою работу. Кредит: Эрика Барлоу

«Микроокаменелости имеют удивительное сходство с современным семейством Volvocaceae», — сказал Барлоу. «Это говорит о том, что окаменелость может быть ранней эукариотической окаменелостью. Это серьезное утверждение, требующее дополнительной работы, но оно поднимает захватывающий вопрос, на который сообщество может опираться и проверить».

Барлоу обнаружила породу, содержащую окаменелости, во время своего исследования в Университете Нового Южного Уэльса (USNW) в Австралии, а также проводила текущую работу в рамках своей докторской работы в UNSW, а затем во время работы в качестве постдокторанта в Пенсильванском университете.

Последствия и будущие исследования

«Эти конкретные окаменелости удивительно хорошо сохранились, что позволило провести совместное исследование их морфологии, состава и сложности», — сказал Кристофер Хаус, профессор наук о Земле в Пенсильванском университете и соавтор исследования. «Результаты открывают захватывающее окно в менявшуюся биосферу миллиарды лет назад».

Ученые проанализировали химический состав и изотопный состав углерода микрокаменелостей и определили, что углерод был создан живыми организмами, подтвердив, что структуры действительно являются биологическими окаменелостями. Они также раскрыли информацию о среде обитания, размножении и метаболизме микроорганизмов.

Барлоу сравнил образцы с микроокаменелостями до крупного события окисления и не смог найти похожие организмы. Она сказала, что найденные ею микроокаменелости были крупнее и имели более сложное расположение клеток.

«Похоже, что эти записи свидетельствуют о волне жизни — наблюдается увеличение разнообразия и сложности этой окаменелой жизни, которую мы обнаруживаем», — сказал Барлоу.

По словам Барлоу, по сравнению с современными организмами микрофоссилии имеют явное сходство с колониями водорослей, включая форму, размер и распределение как колонии, так и отдельных клеток, а также мембран вокруг клетки и колонии.

«Они имеют поразительное сходство, и с помощью этого метода сравнения мы можем сказать, что эти окаменелости были относительно сложными», — сказал Барлоу. «В летописи окаменелостей нет ничего подобного, однако он имеет поразительное сходство с современными водорослями».

Более широкие последствия для понимания жизни на Земле и за ее пределами

Ученые заявили, что полученные результаты имеют значение для того, сколько времени потребовалось для формирования сложной жизни на ранней Земле (самому старому неоспоримому свидетельству существования жизни 3,5 миллиарда лет) и что поиски могут раскрыть о жизни в других частях Солнечной системы.

«Я думаю, что обнаружение такого относительно большого и сложного ископаемого, относительно раннего в истории жизни на Земле, заставляет задуматься: если мы найдем жизнь где-то еще, это может быть не просто прокариотическая бактериальная жизнь», — сказал Барлоу. . «Может быть, есть шанс, что сохранилось что-то более сложное — даже если оно все еще микроскопическое, это может быть что-то немного более высокого порядка».

Ссылка: «Особенные микроокаменелости подтверждают появление в палеозое сложной клеточной организации», Эрика В. Барлоу, Кристофер Х. Хаус, Минг-Чанг Лю и Максвелл Т. Уизерингтон и Мартин Дж. Ван Кранендонк, 6 октября 2023 г., Геология.
дои: 10.1111/gbi.12576

Максвелл Уизерингтон, научный сотрудник Пенсильванского университета, также внес свой вклад; Мин Чанг Лю, ученый из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса; и Мартин Ван Кранендонк, профессор Университета Нового Южного Уэльса в Австралии.

Австралийский исследовательский совет, НАСА Национальный научный фонд предоставил финансирование для этой работы.