В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли

Рис. 1. Ископаемые водоросли из формации Гаоюйчжуан (1560 млн лет, Северный Китай). Длина масштабных отрезков: 5 см (a, b, g), 20 мм (c), 40 мм (d), 5 мм (e, f). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Communications

Китайские палеонтологи обнаружили в мезопротерозойских карбонатных сланцах возрастом 1,56 миллиардов лет отпечатки крупных многоклеточных организмов, похожих на современные водоросли. У некоторых экземпляров сохранились стебельки и прикрепительные образования, найдены также фрагменты с хорошо сохранившейся клеточной структурой. Находки представляют собой самое убедительное на сегодняшний день подтверждение того, что в начале мезопротерозоя в морях уже существовали крупные многоклеточные эукариоты, подлинный расцвет которых начался лишь спустя миллиард лет.

В течение большей части своей истории Земля представляла собой «планету микробов». Лишь в конце неопротерозойской эры, в эдиакарском (вендском) периоде, в морских сообществах начинают доминировать многоклеточные организмы макроскопического размера. Ископаемые многоклеточные водоросли были недавно описаны также из терминальных отложений предыдущего, криогенового периода (около 636 млн лет назад, см.: Q. Ye et al., 2015. The survival of benthic macroscopic phototrophs on a Neoproterozoic snowball Earth).

Однако есть и гораздо более древние — мезопротерозойские (1,0–1,6 миллирадов лет) и даже палеопротерозойские (вплоть до 2,1–2,2 миллирадов лет) находки, трактуемые многими специалистами как многоклеточные эукариоты (см. ссылки в конце новости). К ним относятся Grypania — спиральные углеродистые ленты, интерпретируемые обычно как многоклеточные водоросли, но иногда как колониальные цианобактерии, и Horodyskia — то ли колониальные многоклеточные животные, то ли колониальные протисты. Есть и вовсе ни на кого не похожие и потому крайне спорные, но зато очень древние находки макроскопических существ (см.: Многоклеточные организмы, возможно, появились свыше 2 млрд лет назад, «Элементы», 12.07.2010). Скорее всего, какие-то из этих форм действительно являются многоклеточными эукариотами, но полной уверенности все-таки нет. Неудивительно, что каждая новая находка доэдиакарских макроскопических ископаемых привлекает к себе пристальное внимание.

Группа китайских палеонтологов вместе с известным американским специалистом по докембрию Эндрю Ноллем (Andrew H. Knoll) сообщила в журнале Nature Communications о практически бесспорных многоклеточных водорослях возрастом свыше полутора миллиардов лет (начало мезопротерозоя), найденных в карбонатных сланцах формации Гаоюйчжуан (Gaoyuzhuang Formation) в Северном Китае. Сланцы с ископаемыми остатками залегают под слоем вулканического пепла, возраст которого, определенный уран-свинцовым методом, составляет 1560±5 млн лет. Ниже несогласно залегают более древние отложения, содержащие магматический прослой возрастом 1625±6,2 млн лет. Возраст ископаемых организмов должен быть существенно ближе к первой дате, чем ко второй.

Окаменелости представляют собой углеродистые пленки с четкими, ровными краями и слегка выпуклой поверхностью (рис. 1а). По-видимому, при жизни они были прочными и упругими, иначе отпечатки были бы смяты и сморщены. Мелких фрагментов обнаружено множество, крупных (15×3 мм и более) — 167 штук. Для 53 экземпляров можно оценить общую форму организма.

Авторы подразделяют находки на четыре группы:
    1) линейные (linear) фрагменты с параллельными краями и несохранившимися концами (рис. 1, а1, b1);
    2) экземпляры, сужающиеся к одному из концов (cuneate, рис. 1, c, d); иногда на этом узком конце сохраняется стебелек с прикрепительной структурой (рис. 1, f);
    3) мелкие формы с закругленным верхним концом и прикрепительным стебельком (oblong, рис. 1, е);
    4) «языковидные» (tongue-shaped) формы с очень широкой средней частью, постепенно сужающиеся к обоим концам; сохраняются обычно в слегка смятом виде; у некоторых экземпляров заметна продольная «штриховка» (рис. 1, b2).

Количественное распределение 53 экземпляров по четырем группам следующее: 26, 16, 3, 8. По мнению авторов, формы 1 и 2 — это, скорее всего, разные фрагменты представителей одного и того же вида водорослей, форма 3 — возможно, молодые особи того же вида, а форма 4 — наверняка другой вид (рис. 2).

Рис. 2. Реконструкция внешнего вида водорослей из формации Гаоюйчжуан. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications

Таким образом, по своей морфологии окаменелости действительно очень похожи на многоклеточные водоросли. Ровные края, гладкая поверхность и характерная форма многих экземпляров не позволяет трактовать их как обрывки бактериальных матов. Впрочем, существует некоторая вероятность, что это не фотосинтезирующие организмы, а осмотрофные, то есть питавшиеся растворенной органикой, подобно вендобионтам (см. Эдиакарская биота).

Рис. 3. Органические фрагменты, выделенные из породы. У двух верхних фрагментов прекрасно сохранилась клеточная структура, а у нижнего клетки неразличимы, как и у крупных отпечатков. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications

К сожалению, у крупных, хорошо сохранившихся экземпляров отдельные клетки не видны. Однако авторам удалось, растворяя породу кислотой (см. Acid maceration), выделить из нее мелкие (до 1 мм) фрагменты с четко выраженной клеточной структурой (рис. 3). Диаметр клеток 6–18 мкм, в среднем 10 мкм. Признаков клеточной дифференцировки и тканевой организации в этих фрагментах не обнаружено: все клетки примерно одинаковые. Впрочем, наличие у некоторых крупных отпечатков хорошо выраженного прикрепительного стебелька всё же говорит о том, что первые эволюционные шаги в эту сторону уже были сделаны: таллом подразделялся на морфологически и функционально различные части и должен был развиваться в ходе генетически детерминированного онтогенеза.

Строго доказать, что многоклеточные фрагменты представляют собой части тех же самых организмов, что и крупные отпечатки, авторам не удалось. Но что еще это может быть? Никаких оснований для альтернативных интерпретаций авторы не видят. Впрочем, даже без учета этих обрывков интерпретация крупных отпечатков как многоклеточных эукариот выглядит вполне убедительной.

Период земной истории от 1,8 до 0,8 миллиардов лет назад иногда называют «скучным миллиардом» (Boring billion). По-видимому, это действительно был необычно долгий период относительной стабильности, когда не происходило ни резких колебаний климата, ни скачков концентрации кислорода (которая оставалась низкой и примерно постоянной), ни радикальных перестроек биоты. Строматолиты, микробные маты да акритархи — вот практически и всё биоразнообразие «скучного миллиарда». Крупные оледенения происходили в начале и в конце протерозоя, но не в середине. Эукариоты, появившиеся до начала «скучного миллиарда», начали бурно развиваться лишь после его окончания. Аналогичная ситуация с кислородом: первая кислородная революция произошла в начале протерозоя, а вторая — лишь в самом конце (см.: «Великое кислородное событие» на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием, «Элементы», 02.03.2014). Впрочем, кажущаяся скучность «скучного милиарда», скорее всего, объясняется просто-напросто тем, что мы пока слишком мало о нем знаем. Новое открытие китайских палеонтологов — яркое тому подтверждение.

Источник: Shixing Zhu, Maoyan Zhu, Andrew H. Knoll, Zongjun Yin, Fangchen Zhao, Shufen Sun, Yuangao Qu, Min Shi, Huan Liu. Decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old Gaoyuzhuang Formation in North China // Nature Communications. 2016. V. 7. Article number: 11500. DOI: 10.1038/ncomms11500.

См. также:
1) Размер живых существ увеличивался скачками, «Элементы», 30.12.2008.
2) Животные появились свыше 635 миллионов лет назад, «Элементы», 09.02.2009.
3) Многоклеточные организмы, возможно, появились свыше 2 млрд лет назад, «Элементы», 12.07.2010.

Александр Марков