Дослідники MIT відстежили хімічні «скам’янілості» в давніх породах до предків сучасних демоспонжів. Команда геохіміків із Массачусетського технологічного інституту виявила переконливі свідчення в давніх породах, що деякі з перших тварин на Землі могли бути предками сучасних морських губок.
У дослідженні, опублікованому в Proceedings of the National Academy of Sciences, вчені описують відкриття «хімічних скам’янілостей» у зразках порід, яким понад 541 мільйон років. Ці хімічні сліди — це збережені залишки біомолекул, що колись належали живим організмам, а потім були поховані, змінені та заблоковані в осаді протягом величезних проміжків часу.
Нововиявлені хімічні скам’янілості — це особливі типи стеранів, геологічно стабільних форм стеролів (таких як холестерин), що містяться в клітинних мембранах складних організмів. Дослідники простежили ці специфічні стерани до класу морських губок, відомих як демоспонжі. Сьогодні демоспонжі бувають різних розмірів і кольорів і живуть у всіх океанах як м’які й губчасті фільтратори. Їхні давні предки, ймовірно, мали подібні характеристики.
«Ми точно не знаємо, як ці організми виглядали тоді, але вони безумовно жили в океані, були м’якотілими, і ми припускаємо, що не мали кремнієвого скелета», — говорить Роджер Саммонс, почесний професор геобіології кафедри наук про Землю, атмосферу та планети MIT (EAPS).
Відкриття групи щодо специфічних для губок хімічних скам’янілостей надає сильні докази того, що предки демоспонжів були серед перших тварин, які еволюціонували, і, ймовірно, з’явилися набагато раніше, ніж інші головні групи тварин Землі.
Серед авторів дослідження, включно із Саммонсом — перша авторка та колишня постдок-фелоу EAPS у MIT Лібна Шавар, яка зараз працює науковицею в Caltech, а також Гордон Лав з Університету Каліфорнії в Ріверсайді, Бенджамін Ювегес із Корнельського університету, Алекс Зумберге з GeoMark Research у Х’юстоні, Пако Карденаc з Уппсальського університету у Швеції та Хосе-Луїс Гінер із Державного університету Нью-Йоркського коледжу екологічної науки та лісового господарства.
Губки на стероїдах
Нове дослідження спирається на результати, які команда вперше опублікувала у 2009 році. У тому дослідженні команда виявила перші хімічні скам’янілості, що, ймовірно, походили від давніх губок. Вони проаналізували зразки порід з ділянки в Омані й знайшли значну кількість стеранів — збережених залишків 30-вуглецевих (C30) стеролів, рідкісної форми стероїдів, які, як вони показали, найімовірніше походять від давніх морських губок.
Стерани були знайдені в дуже давніх породах, що сформувалися в едіакарському періоді — від приблизно 635 до 541 мільйонів років тому. Цей період передував кембрію, коли на Землі стався різкий і глобальний «вибух» складного багатоклітинного життя. Відкриття команди вказувало, що губки з’явилися набагато раніше більшості інших багатоклітинних організмів і могли бути одними з перших тварин.
Однак невдовзі після публікації з’явилися альтернативні гіпотези: що C30-стерани могли бути створені іншими групами організмів або навіть неживими геологічними процесами.
Команда заявляє, що нове дослідження зміцнює їхню початкову гіпотезу про те, що давні губки залишили цей хімічний слід, оскільки вони виявили нову хімічну скам’янілість у тих самих докембрійських породах, що майже напевно має біологічне походження.
Накопичення доказів
Як і в попередній роботі, дослідники шукали хімічні скам’янілості в породах едіакарського періоду. Вони отримали зразки зі свердловин і виходів порід в Омані, західній Індії та Сибіру і проаналізували їх на наявність стеранів — геологічно стабільної форми стеролів, що містяться у всіх еукаріотів (рослин, тварин і організмів із ядром та мембранними органелами).
«Ви не еукаріот, якщо у вас немає стеролів або подібних мембранних ліпідів», — каже Саммонс.
Стероли мають ядро з чотирьох з’єднаних вуглецевих кілець. Додаткові бічні ланцюги та хімічні групи можуть приєднуватися до стеролу залежно від того, які гени має організм. Наприклад, холестерин у людей містить 27 атомів вуглецю, тоді як стероли в рослин зазвичай містять 29.
«Вкрай незвично знайти стерол із 30 атомами вуглецю», — каже Шавар.
Хімічна скам’янілість, яку дослідники ідентифікували у 2009 році, була 30-вуглецевим стеролом. Крім того, команда визначила, що сполука могла бути синтезована завдяки наявності характерного ферменту, який кодується геном, типовим для демоспонжів.
У новому дослідженні команда зосередилася на хімії цих сполук і з’ясувала, що той самий «губковий» ген може виробляти ще рідкісніший стерол — із 31 атомом вуглецю (C31). Коли вони проаналізували зразки порід на наявність C31-стеранів, вони знайшли їх у значній кількості — разом із раніше знайденими C30-стеранами.
«Ці особливі стерани були там весь час», — говорить Шавар. — «Потрібно було лише поставити правильні запитання, щоб їх знайти й зрозуміти їхнє значення».
Дослідники також отримали зразки сучасних демоспонжів і проаналізували їх на наявність C31-стеролів. Вони виявили, що ці стероли — біологічні попередники C31-стеранів у породах — дійсно присутні в деяких сучасних видів демоспонжів. Далі вони синтезували в лабораторії вісім різних C31-стеролів як еталонні зразки для перевірки їхньої структури. Потім вони піддали молекули умовам, що імітують поховання й тиск протягом сотень мільйонів років. Продукти лише двох із восьми стеролів точно відповідали формі C31-стеролів у давніх породах. Наявність цих двох і відсутність інших шести свідчить, що сполуки не могли виникнути випадково неорганічним шляхом.
Ці результати, підтверджені кількома лініями доказів, переконливо показують, що стерани в давніх породах були утворені живими організмами, а не геологічними процесами. Більше того, ці організми, ймовірно, були предками демоспонжів, які й сьогодні зберігають здатність виробляти ті самі сполуки.
«Це поєднання того, що є в породі, у губці та того, що можна створити в лабораторії», — каже Саммонс. — «Три узгоджені лінії доказів вказують на те, що губки були одними з найдавніших тварин на Землі». «У цьому дослідженні ми показуємо, як підтвердити біомаркер і довести, що сигнал справді походить від життя, а не від забруднення чи неорганічної хімії», — додає Шавар.
Тепер, коли команда показала, що C30- і C31-стероли є надійними сигналами давніх губок, вони планують шукати ці хімічні скам’янілості в древніх породах інших регіонів світу. На основі вже досліджених зразків можна сказати лише, що відкладення та губки сформувалися під час едіакарського періоду. Отримавши більше зразків, вони зможуть точніше визначити, коли саме з’явилися перші тварини.
Джерело: portaltele.com.ua