Викопні гриби віком мільярд років близькі до точки розбіжності грибів і тварин

Ріс. 1. Типова будова клітинної стінки грибів. Внизу вгору: подвійна клітинна мембрана, на ній хітин/хітозан, над яким знаходиться аморфний матрикс з глікопротеїнами. В органічних залишках Ourasphaira giraldae вчені змогли побачити всі ці характерні структури за допомогою різноманітних інструментів і методів: скануючого електронного мікроскопа (аморфний матрикс і внутрішня стінка складної будови), просвічуючого електронного мікроскопа (подвійна мембрана) і Фур’є-інфрачервоної спектроскопії (хітин). Малюнок з сайту en.wikipedia.org

Міжнародна група палеонтологів, обробивши зібраний в арктичній Канаді матеріал з протерозойських порід віком близько 1 млрд років, описала мікробіоту, представлену різними групами водоростей. Серед цих залишків виділилися особливі форми, які за ознаками більше нагадують гриби. Їх описали як самостійний вид Ourasphaira giraldae. Ретельний аналіз цих залишків і виявлення в їх клітинній стінці хітина підтвердило, що це дійсно гриби. Таким чином, по-перше, з’ясовується, що хітин може зберігатися в впізнаваному вигляді мільярд років, а по-друге, філогенетики отримують дані про те, що еволюційні лінії грибів і тварин розійшлися не пізніше мільярда років тому.

Палеонтологи продовжують пошуки слідів життя в найдавніших породах планети. Цього разу дослідники з наукових установ Бельгії, Канади та Франції описали гриби, які на сьогодні є найдавнішими представниками свого царства. Палеонтологи протягом трьох років збирали зразки в протерозойських розрізах північного заходу арктичної Канади. Група цих розрізів непогано вивчена — принаймні, вони як слід датовані різними методами і в різних точках осадової послідовності (рис. 2). Вік тієї частини, звідки були взяті зразки, склав 1013-892 мільйонів років. Що й казати — це цікавий інтервал: теоретично саме в цей час йшло початкове становлення грибів і різних одноклітинних тварин. За молекулярними реконструкціями час розбіжності цих ліній має бути близько 1200 млн років.

Ріс. 2. Зліва — датування формацій арктичної Канади, звідки відбуваються вивчені зразки. Обговорювана робота присвячена зразкам з інтервалу формації Grassy Bay. Зірочками позначено датування уран-свинцевим методом (чорні та білі зірочки відповідають датуванням за різними мінералами), білими кружечками — реній-осмієве датування. Схема з обговорюваної статті в Precambrian Research. Праворуч — карта північних районів території Нунавут і Північно-Західних територій, хрестиком відзначено місце паркану зразків Ourasphaira giraldae. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Зразки, зібрані в ході експедицій, вирушили до Льєжського університету, де з ними почала працювати Марселла Жиральдо (Marcella Giraldo), дослідний препаратор-палінолог. Вона розчинила всі зразки в суміші плавикової і соляної кислот, як це зазвичай робиться, коли з каменів хочуть виділити пилок і суперечки рослин, а також будь-які інші органічні залишки. У результаті з сотні кілограмів каменів вийшло кілька дорогоцінних препаратів із залишками організмів, що жили мільярд років тому. Жиральдо виконала колосальну і кропітку роботу і за свою відданість справі удостоїлася честі, щоб її ім’ям назвали найдавніший на планеті гриб — Ourasphaira giraldae, знайдений у цьому матеріалі (рис. 3).

Ріс. 3. Найдавніший відомий гриб Ourasphaira giraldae, на фото A — голотип. У вивчених зразках опинилося багато залишків цих організмів, які були досліджені вченими. Стрілки вказують на септи. Зображення з обговорюваної статті в Precambrian Research

Крім O. giraldae у цьому матеріалі виявилося досить багато й інших органічних фосилій: близько десятка різних форм мікроводоростей і акритархів. Як же вчені змогли віднести O. giraldae до грибів, відокремивши від різного роду водоростей?

Для початку, з морфології. O. giraldae являли собою клітинні утворення з подвійною стінкою, які складаються в довгі нитки, розділені щільними септами (див. міцелій) і мають рідкісні Т-подібні гілки. На кінцях ниток були округлі утворення, що нагадують суперечки. Ці ознаки притаманні не тільки грибам, а й деяким нитчастим водоростям, тому їх поки що замало для віднесення залишків до грибів. Ще один аргумент — мікроструктура оболонки кінцевих вдуттів, що має характерний вид переплетених мікрофібрил у грибних спорах (рис. 4).

Ріс. 4. Мікрофібрили в оболонці спороподібного здуття O. giraldae (ліворуч) і сучасного гриба Pleurotus eryngii (праворуч). Довжини масштабних відрізків — 100 нм (ліворуч) і 200 нм (праворуч). Фото з обговорюваної статті в Nature і зі статті S. Ifuku et al., 2011. Preparation of Chitin Nanofibers from Mushrooms

А якщо скептикам і мікрофібрил недостатньо, то вчені приберегли ще один козир (власне, заради нього і затіяна стаття в Nature). Їм вдалося з’ясувати молекулярний склад викопних залишків за допомогою Фур’є-інфрачервоної мікроспектроскопії (Фур’є-ІКС, Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR).

Ріс. 5. Порівняння спектрів Фур’є-ІКС хітина з мікрофосилії Ourasphaira giraldae зі стандартами для альфа-хітина грибів і хітозана. Добре видно, наскільки вони схожі. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Дивно, але в складі з’явився чіткий сигнал присутності хітина або його похідного хітозана (рис. 5)! І це після мільярда років «зберігання». Хітін дуже мало змінився за цей довгий час, і це змушує задуматися, як органічні залишки стають фоссиліями і що таке палеонтологічний літопис в цілому. Так чи інакше, але хітин — це обов’язковий компонент грибної стінки, у водоростей його бути не може. Таким чином, і морфологія, і мікроструктура оболонок, і хімічний склад говорять про грибну природу Ourasphaira giraldae. Безперечно — це гриби.

І ці гриби дають надійну калібрувальну точку для визначення часу розбіжності еволюційних ліній грибів і тварин: ніяк не пізніше 890 млн років тому. Тепер справа за біоінформатиками, яким потрібно переглянути реконструйований за молекулярними даними час розбіжності грибів і тварин відповідно до нових знахідок.

У всіх цих міркуваннях про найдавнішу грибну біоту залишається єдиний сумнів: а раптом це забруднення? Ясно, що мова не йде про сучасну контамінацію, так як хітин все ж змінений. Але, можливо, ці гриби проникли в осадову породу вже сильно після її формування? Для подібних мікроіскопіюваних це — найголовніше і при цьому найбільш важкорозв’язний сумнів. Автори роботи зазначають, що проти гіпотези про пізнє проростання грибних гіфів свідчить розташування ниток за верствистістю, а не крізь неї, як це було б, якби нитки проростали через вже оформлений пласт. Ну що ж, такий аргумент виглядає цілком логічно, хоча відповідних ілюстрацій і не наведено, а проростання крізь пласт може бути і в умовах неконсолідованого осаду.

Нагадаю читачам, що 2008 року «Елементи» розповідали про знахідку грибів приблизно того самого віку зі східної Якутії (Гриби, яким мільярд років, «Елементи», 19.12.2008). На жаль, автори обговорюваних робіт про гриби з Канади не пояснили, чому вони не відносять до грибів східноякутські форми (тим більше що в протерозої ці території становили єдиний палеобассейн). А було б цікаво дізнатися думку експертів на цю тему.

Джерела:

1) Corentin C. Loron, Robert H. Rainbird, Elizabeth C. Turner, J. Wilder Greenman, Emmanuelle J. Javaux. Organic-walled microfossils from the late Mesoproterozoic to early Neoproterozoic lower Shaler Supergroup (Arctic Canada): Diversity and biostratigraphic significance // Precambrian Research. 2019. V. 321. P. 349–374. DOI: 10.1016/j.precamres.2018.12.024.

2) Corentin C. Loron, Camille François, Robert H. Rainbird, Elizabeth C. Turner, Stephan Borensztajn & Emmanuelle J. Javaux. Early fungi from the Proterozoic era in Arctic Canada // Nature. 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-1217-0.

Олена Наймарк