Прелюдія справжньої багатоклітинності чи ранні еволюційні експерименти?

Ріс. 1. Міксоміцет Physarum, амебоподібне найпростіше, при необхідності формує зростаючі рухомі багатоклітинні агрегати. Найдавніші знахідки багатоклітинних дозволяють припустити подібну організацію життя понад 2 млрд років тому. Фото з сайту freemoldcheck.com

Мультидисциплінарна команда фахівців під керівництвом Абдерразака Ель Албані продовжила вивчення ранньопротерозойської Франсвільської формації в Габоні. У цих породах віком 2,1 млрд років виявилися структури, які можна інтерпретувати як сліди руху багатоклітинної істоти. За формою збереження — ожелезіння — вчені припустили, що істота була покрита клейкою полісахаридною речовиною, а за морфологією і характером руху вона нагадувала сучасних міксоміцетів. Вчені висувають гіпотезу, що кисневий пік 2 млрд років тому викликав бурхливий розвиток життя, що призвело до появи якихось багатоклітинних форм — і це сталося за 300 млн років до появи еукаріотичної клітини.

Прелюдія чи експерименти? Це питання ставлять собі дослідники викопних залишків багатоклітинних, вік яких становить 2,1 млрд років. Загадкові копалини знайдені в осадових породах Франсвільської серії в південно-східному Габоні (див. Франсвільська біота). Ці роботи вже більше десятиліття ведуться групою палеонтологів під керівництвом Абдерразака Ель Албані з Університету Пуатьє. «Елементи» вже писали про попередні цікаві знахідки багатоклітинних, зроблених цією ж групою в тій же Франсвільській формації (див. Багатоклітинні організми, можливо, з’явилися понад 2 млрд років тому), — більше сотні фосиль округлої форми з фестончастими краями, розміром до декількох сантиметрів. Дослідники не наважилися віднести їх до тварин або рослин, але, мабуть, їм найбільше імпонувала ідея міксоміцетної природи цих фосилій, щось подібне сучасним колоніальним амбам (рис. 1).

Наукова спільнота не надто вразила ці копалини, і вони не стали предметом активних обговорень. Так сталося, мабуть, через невідповідність між дуже стародавнім віком цих знахідок (2,1 млрд років) і оцінками часу існування загального предка еукаріот (< 1,84 млрд років, хоча, за іншими даними, він може бути істотно стародавнім, близько 2,36 млрд років), а також датуваннями копалин знахідок ранньопротерозойських багатокліткових. Нагадаю, що до безперечних багатоклітинних ранньопротерозойського віку належать грипання, Chuaria, Tawuia і макрофосилії з північного Китаю та Австралії (див. рис. 2).

Рис, 2. Ранньопротерозойські багатоклітинні. Фото зі статей: T. M. Han, B. Runnegar, 1992. Megascopic eukaryotic algae from the 2.1-billion-year-old negaunee iron-formation, Michigan; Sh. Zhu et al., 2016. Decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old Gaoyuzhuang Formation in North China; M. Sharma et al., 2009. On the affinity of Chuaria–Tawuia complex: A multidisciplinary study; Q. Tang et al., 2017. Electron microscopy reveals evidence for simple multicellularity in the Proterozoic fossil Chuaria; S. Bengtson et al., 2007. The Paleoproterozoic megascopic Stirling biota

Перш ніж змістовно обговорювати природу таких давніх багатоклітинних, як габонські, потрібно було почекати — раптом перевизначать їх вік, як це сталося з ганфлінтською (див. Gunflint Range) грипанією, яку спочатку теж датували віком 2,1 млрд років, або доведуть, що це якісь мінеральні структури, схожі за формою на біологічні. Або ж знайдеться ще щось, що вказує більш виразно на біологічне походження габонських копалин. І дійсно, інтенсивні дослідження Франсвільської формації дали палеонтологам додатковий матеріал. І він дозволяє цілком впевнено говорити про біологічну — і, більш того, багатоклітинну — природу цих копалин. Таким чином, вони отримують звання найдавніших копалин багатоклітинних організмів.

Що являють собою ці копалини? Матеріал добре ілюстрований на відео, зробленому за допомогою мікротомографії (на томографі контрастуються структури, що мають різний хімічний склад). В даному випадку контрастним елементом виявилося залізо: воно в більшості випадків входить до складу цих фосилій, особливо по поверхні. Ми бачимо вигинаються нітеобразні структури довжиною в кілька сантиметрів і діаметром 1-3 міліметри. Нитки розташовані паралельно шарам осаду, але іноді і перетинають їх. В одному випадку нитка переходить в плоский клітинний пласт (рис. 3).

Рис, 3. Нитеобразная структура, переходящая в плоский клеточный пласт; фотографія b підкреслює об’єм поверхні: чим вища точка, тим світліший тон. Довжина масштабного відрізка 1 см. Фото з обговорюваної статті в PNAS

Автори знахідок вважають, що це залишки рухомого організму. Але цей організм не стільки повз, розсуваючи частинки осаду двома паралельними бічними валиками (таких валиків тут немає), скільки мігрував між частинками під поверхнею осаду і крізь нього. Найбільш логічним варіантом авторам бачимося організм, схожий на колоніальних амеб, які в умовах нестачі їжі збираються в багатоклітинні агрегати (рис. 1), здатні до руху крізь ґрунт (або осад). Ці багатоклітинні агрегати з’єднані разом позаклітинною полісахаридною речовиною (тут вживають її узагальнену назву: mucus — слиз), на який осаджуються частинки осідання і залізо, звідси і швидка фосилізація цього ефемерного організму або його «полісахаридних» слідів.

Отже, габонські викопні організми — це швидше за все багатоклітинні, які через розміри і складності все ж логічніше не вважати бактеріальними матами: мати в скам’янілому вигляді виглядають зовсім по-іншому. Хоча навряд чи габонські організми були попередниками тих багатоклітинних тварин і рослин, які населяють сьогоднішній світ. Албані з колегами воліють говорити про еволюційні експерименти з багатоклітинністю, індуковані короткочасним збільшенням кількості кисню (рис. 4). Згадаймо, що часовий інтервал, в який потрапляють габонські знахідки, — 2,2-2,06 млрд років — відповідає так званій ізотопній екскурсії Ломагунді (Lomagundi carbon isotope excursion, см. также Boring Billion и Second atmosphere), пов’язаної з помітним підвищенням кисню в океанах (про кисень у цей час див. «Велика киснева подія» на рубежі архея і протерозою не було ні великою, ні подією, «Елементи», 02.03.2014).

Рис, 4. Кількість кисню в протерозойському океані зображено блакитною смугою, події Ломагунді відповідає стрибок кисню. Зображення зі статті T. W. Lyons et al., 2014. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere

Так що мало-помалу накопичуються дані, які дозволяють говорити про розвиток життя в той неймовірно давній час, будувати змістовні гіпотези: життя навряд чи розвивалося односпрямовано і прямолінійно. Можливо, як пишуть автори, 2 млрд років тому настав час сміливих еволюційних експериментів, і це відбувалося за 300 мільйонів років до виникнення еукаріотичної клітини, тієї, яку ми знаємо сьогодні.

Джерело: Abderrazak El Albani, M. Gabriela Mangano, Luis A. Buatois, Stefan Bengtson, Armelle Riboulleau, Andrey Bekker, Kurt Konhauser, Timothy Lyons, Claire Rollion-Bard, Olabode Bankole, Stellina Gwenaelle Lekele Baghekema, Alain Meunier, Alain Trentesaux, Arnaud Mazurier, Jeremie Aubineau, Claude Laforest, Claude Fontaine, Philippe Recourt, Ernest Chi Fru, Roberto Macchiarelli, Jean Yves Reynaud, Franзois Gauthier-Lafaye, and Donald E. Canfield. Organism motility in an oxygenated shallow-marine environment 2.1 billion years ago // PNAS. 201. V. 116 (9). P. 3431–3436. DOI.

Олена Наймарк