Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат


П. Лекутер, Д. Берресон
«Пуговицы Наполеона». Глава из книги


Д. Вибе
Телескопы с жидкими линзами: как это работает


А. Паевский
Ближайший космос. Быстрее. Лучше. Дешевле


Р. Фишман
Прионы: смертоносные молекулы-зомби


Д. Мамонтов
Торий: спасет ли он планету от энергетического кризиса?


Р. Эспарза, Р. Фишман
Марс: научный гид







Главная / Новости науки версия для печати

Древнейшие следы эукариот и цианобактерий на Земле признаны поздним загрязнением


Спиралевидные Grypania, макроскопические углеродистые ленты из формации Негауни (США, штат Мичиган), — это, вероятно, древнейшие найденные эукариотные организмы на Земле. Фото с сайта www.peripatus.gen.nz
Спиралевидные Grypania, макроскопические углеродистые ленты из формации Негауни (США, штат Мичиган), — это, вероятно, древнейшие найденные эукариотные организмы на Земле. Фото с сайта www.peripatus.gen.nz

Древнейшими следами эукариот и цианобактерий на Земле считаются биомаркеры, выделенные из западноавстралийских сланцев возрастом 2,7 млрд лет. Бесспорные палеонтологические находки цианобактерий и эукариот имеют возраст 2,15 и 1,8 млрд лет соответственно. Между этими двумя ориентирами помещается точка 2,4 млрд лет, отмечающая формирование кислородной атмосферы и гидросферы. Одновременное существование продуцентов кислорода и восстановительной (бескислородной) атмосферы в течение как минимум 300 млн лет представляло серьезный вопрос для ученых. Австралийские ученые с помощью новейшей аппаратуры перепроверили породы с древнейшими биомаркерами, породившими этот вопрос. Сравнение микропроб углеводородов привело ученых к заключению, что эти биомаркеры имеют более молодой возраст и привнесены в архейские породы уже после их остывания.

В 1999 году австралийские ученые опубликовали в журнале Science результаты изучения архейских сланцев в Австралии. Место, откуда пришли образцы, — Западная Австралия, кратон Пилбара (Pilbara craton), формация Джерина (Jeerinah) — сразу стало широко известным среди палеонтологов. Из этих сланцев были выделены биомаркеры (органические молекулы, однозначно указывающие на метаболизм определенной группы животных или растений; см. также biosignature) — молекулы углеводородов гопанов (hopanoid) и стеранов (sterane). Гопаны (2а-метилгопаны) не встречаются ни у каких организмов, кроме цианобактерий, а предшественники стеранов характеризуют исключительно эукариот. Так как возраст сланцев формации Джерина — 2,69 млрд лет, то обнаруженные биомаркеры датировали появление эукариот и цианобактерий именно этим возрастом.

Таким образом, датировка 2,7 млрд лет была принята учеными как самое древнее свидетельство существования эукариот и цианобактерий на планете. Присутствие фотосинтезирующих цианобактерий предполагало также формирование в это время кислородной атмосферы. Косвенно на это указывало и появление на данном рубеже эукариотных организмов: все без исключения эукариотные организмы используют кислород для дыхания.

Найденные биомаркеры возрастом 2,7 млрд лет серьезно «состарили» и эукариот, и цианобактерий. Ученые располагают несомненными палеонтологическими остатками эукариот (акритархов) возрастом 1,68–1,78 млрд лет и цианобактерий возрастом 2,15 млрд лет. Множество независимых геохимических данных говорят о формировании кислородной атмосферы на рубеже 2,4 млрд лет. Получается внушительный разрыв по крайней мере в 300 млн лет между данными палеонтологии и геохимии с одной стороны и датировками биомаркеров с другой. Почему при функционировании цианобактерий кислород в атмосфере и в воде не накапливался? Где он мог в течение 300 млн лет храниться и какие геохимические признаки могут указывать на это хранилище? В течение почти десяти лет ученые пытались ответить на эти вопросы.

Тем временем группа ученых из Австралийского технологического университета имени Кэртена в Бентли, Австралийского национального университета в Канберре и Западноавстралийского университета в Кроули под руководством Йохена Брокса (Jochen J. Brocks), автора датировок 2,7 млрд лет, продолжала исследования архейских сланцев из кратона Пилбара. За прошедшее время существенно усовершенствовалась техника исследования. Теперь в распоряжении ученых имеется современная аппаратура — ионный микрозонд NanoSIMS 50 фирмы Cameca. С помощью этого микрозонда можно просканировать поверхность образца с разрешением до 50 нанометров и измерить количество изотопов углерода прямо в шлифе, не выделяя растворимые фракции углеводородов для исследования. Таким образом ученые получили картину распределения изотопов в образцах сланцев. За счет высокого разрешения удалось оценить изотопные соотношения углерода 12С/13С в органическом матриксе (фоновой органике) сланцев — керогенах и частицах пиробитумов (керогены и пиробитумы являются продуктом разложения и трансформации отмершей органики).

Известно было, что в позднеархейских породах изотопный состав органического углерода уникален. В растворимой углеводородной фракции тяжелых изотопов 13С относительно много: показатель δ13С составляет от –29 до –26‰. (Относительное содержание тяжелого изотопа углерода 13С рассчитывается по формуле: δ13С = 1000{[(13C/12C)sample/(13C/12C)standard] – 1}. Отрицательное число получается, если в образце отношение 13C/12C меньше, чем в современности, и это число тем меньше, чем больше в образце легкого изотопа углерода 12С.) В керогенах — нерастворимой фракции углеводородов — изотопный состав существенно облегчен: показатель δ13С < –39‰. Относительно большая доля легких изотопов 12С в керогенах характерна для всех позднеархейских пород. Эту особенность связывают с деятельностью метанотрофных бактерий. Метанотрофы продуцируют очень легкую органику с изотопным соотношением δ13С от –42 до –85‰. В более поздних (фанерозойских) породах картина обычно обратная, то есть в керогенах тяжелых изотопов обычно немного больше, чем в растворимых углеводородах сланцев. Загадка древнейших биомаркеров состояла в том, что их изотопный состав не содержал этой уникальной архейской «подписи» — облегченного изотопного состава.

У этой загадки могло быть два решения. Во-первых, признать измененный изотопный состав результатом нагревания и других метаморфических преобразований керогенов. Во-вторых, признать найденные биомаркеры более поздним загрязнением. Если принять первое объяснение (как и было сделано в 1999 году при обнародовании древнейших датировок), то и у других продуктов термического преобразования углеводородов эта подпись должна стереться. Таким термически измененным продуктом являются пиробитумы. Но оказалось, что они вполне соответствуют по своему изотопному составу уникальному позднеархейскому «стандарту». Значит, придется признать правильным, хоть это и очень обидно, второе объяснение: биомаркеры в позднеархейских породах — это загрязнение более молодыми по возрасту нефтями.

Этот печальный вывод подтверждается и тонкими петрологическими исследованиями. В шлифах выделяются жилы, содержащие органический углерод, по которым, видимо, и осуществлялся транспорт переработанной органики по материнской породе.

Датировки древнейших биотических событий. Вопросительными знаками помечены спорные находки и интерпретации. Схема из статьи в Nature с небольшими корректировками по статье Сергеев и др., 2007
Датировки древнейших биотических событий. Вопросительными знаками помечены спорные находки и интерпретации. Схема из обсуждаемой статьи в Nature Woodward W. Fischer с небольшими корректировками по статье Сергеев и др. «Основные этапы развития органического мира: Сообщение 1. Архей и ранний протерозой» // Стратиграфия и геологическая корреляция. 2007. Т. 15. Вып. 2. С. 25-46

Какими фактами, помимо биомаркеров, располагают ученые по ранним следам цианобактерий и эукариот? В западной Австралии в серии Фортескью (возраст 2,76–2,63 млрд лет), на юге кратона Пилбара, найдены вертикально ориентированные слепки тонких нитей. Это могли быть с равной вероятностью и цианобактерии, и серобактерии. В Южной Африке в надсерии Трансвааль (возраст 2,52–2,51 млрд лет) присутствуют крупные широкие неветвящиеся чехлы (остатки полисахаридных оболочек) и кокки. Интерпретация этих ископаемых неоднозначна: либо это цианобактерии, либо псевдофоссилии (то есть минеральные образования, внешне напоминающие останки живых существ; когда речь идет о микронном или тем более наноразмерном уровне, часто невозможно точно сказать, имеем ли мы дело с настоящими ископаемыми или с обманками; именно с этим и связана, кстати, неопределенность в распознавании марсианских «бактерий»). На Балтийском щите (возраст 2,3–2,06 млрд лет) найдены остатки цианобактериальных нитей и, возможно, эукариот. В криворожской серии на Украине (2,5–2,0 млрд лет) — цианобактерии и вероятные эукариоты. В Канаде в надсерии Белчер (возраст 2–1,96 млрд лет), на островах Белчер в Гудзоновом заливе, — разнообразная флора цианобактерий. США, серия Минномини, формация Негауни (возраст 1,87 млрд лет), из района озера Верхнего, — низшие эукариотные водоросли. Сибирь, удоканская серия (возраст 2,18–1,87 млрд лет) — водоросли удокания (Udokania).

Недавно описанная Печенгия (Pechengia) из Кольских пород возрастом 2,1 млрд лет признана авторами открытия А. Ю. Розановым и М. М. Астафьевой эукариотным организмом из группы зеленых водорослей. Основанием для отнесения печенгии к ядерным организмам послужила видимость на некоторых снимках кусочков двойной клеточной мембраны. А это всё же является признаком эукариотных организмов. Если это так, то печенгия окажется самым древним ископаемым свидетельством эукариотной жизни на планете. Но существуют опасения, что двойная мембрана в данном случае может быть просто сколом складки смятой одиночной мембраны. Пока специалисты опасаются выносить печенгии безоговорочный вердикт.

Помимо палеонтологических находок также имеются и сведения об архейских биомаркерах эукариот и цианобактерий, например в Канаде, в породах возрастом 2,45 млрд лет.

Как мы видим, бесспорные данные говорят о появлении цианобактерий 2,3–2,0 млрд лет назад, а эукариот 1,8 млрд лет назад. Эти данные обрисовывают следующий сценарий. До 2,4 млрд лет на Земле развивались анаэробные бактерии, в том числе и большое количество анаэробных метанотрофов. В результате их деятельности в породах накапливалась облегченная по изотопам углерода органика керогенов, а в атмосфере — парниковые газы. В результате в позднеархейское время на планете поддерживался парниковый эффект. Цианобактерии возникли непосредственно перед рубежом 2,4 млрд лет. Их развитие привело к формированию окислительной атмосферы и угнетению метанотрофов. Концентрация парниковых газов резко понизилась и наступило похолодание. И вслед за этим планета вступила в эпоху длительного — так называемого Гуронского — оледенения (см. Huronian glaciation).

Так или иначе, ученые вновь вернулись к прежним ключевым датировкам в эволюции — 2,4 млрд (формирование кислородной атмосферы и гидросферы), 2,15 млрд (находки первых цианобактерий) и 1,8 млрд лет (находки первых эукариот). В связи с этим придется перенастраивать молекулярные часы эволюции, в которых время появления эукариот и цианобактерий заведено на 2,7 млрд лет.

Источники:
1) Birger Rasmussen, Ian R. Fletcher, Jochen J. Brocks, Matt R. Kilburn. Reassessing the first appearance of eukaryotes and cyanobacteria // Nature. V. 455. P. 1101–1104 (23 October 2008); doi:10.1038/nature07381.
2) Woodward W. Fischer. Biogeochemistry: Life before the rise of oxygen // Nature. V. 455. P. 1051–1052 (23 October 2008); doi:10.1038/4551051a. Published online 22 October 2008

Елена Наймарк


Комментарии (8)



Последние новости: Науки о ЗемлеПалеонтологияЕлена Наймарк

22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
8.06
Новые древние остатки людей с острова Флорес говорят о родстве «хоббитов» с эректусами
1.06
Половой отбор сделал сперматозоиды дрозофил самыми длинными в мире
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
12.05
Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия