Прелюдия истинной многоклеточности или ранние эволюционные эксперименты?

Рис. 1. Миксомицет Physarum, амёбоподобное простейшее, при необходимости формирующее растущие подвижные многоклеточные агрегаты. Древнейшие находки многоклеточных позволяют предположить подобную организацию жизни более 2 млрд лет назад. Фото с сайта freemoldcheck.com

Мультидисциплинарная команда специалистов под руководством Абдерразака Эль Албани продолжила изучение раннепротерозойской Франсвильской формации в Габоне. В этих породах возрастом 2,1 млрд лет обнаружились структуры, которые можно интерпретировать как следы движения многоклеточного существа. По форме сохранности — ожелезнение — ученые предположили, что существо было покрыто клейким полисахаридным веществом, а по морфологии и характеру движения оно напоминало современных миксомицетов. Ученые выдвигают гипотезу, что кислородный пик 2 млрд лет назад вызвал бурное развитие жизни, что привело к появлению каких-то многоклеточных форм — и это случилось за 300 млн лет до появления эукариотической клетки.

Прелюдия или эксперименты? Этот вопрос задают себе исследователи ископаемых остатков многоклеточных, возраст которых составляет 2,1 млрд лет. Загадочные ископаемые найдены в осадочных породах Франсвильской серии в юго-восточном Габоне (см. Франсвильская биота). Эти работы уже более десятилетия ведутся группой палеонтологов под руководством Абдерразака Эль Албани из Университета Пуатье. «Элементы» уже писали о предыдущих интересных находках многоклеточных, сделанных этой же группой в той же Франсвильской формации (см. Многоклеточные организмы, возможно, появились свыше 2 млрд лет назад), — более сотни фоссилий округлой формы с фестончатыми краями, размером до нескольких сантиметров. Исследователи не решились отнести их к животным или растениям, но, по-видимому, им больше всего импонировала идея миксомицетной природы этих фоссилий, что-то подобное современным колониальным амёбам (рис. 1).

Научное сообщество не слишком впечатлили эти ископаемые, и они не стали предметом активных обсуждений. Так случилось, по-видимому, из-за несоответствия между очень древним возрастом этих находок (2,1 млрд лет) и оценками времени существования общего предка эукариот (<1,84 млрд лет, хотя, по другим данным, он может быть существенно древнее, около 2,36 млрд лет), а также датировками ископаемых находок раннепротерозойских многоклеточных. Напомню, что к бесспорным многоклеточным раннепротерозойского возраста относятся грипании, Chuaria, Tawuia и макрофоссилии из северного Китая и Австралии (см. рис. 2).

Рис. 2. Раннепротерозойские многоклеточные. Фото из 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

Прежде чем содержательно обсуждать природу столь древних многоклеточных, как габонские, нужно было подождать — вдруг переопределят их возраст, как это случилось с ганфлинтской (см. Gunflint Range) грипанией, которую сначала тоже датировали возрастом 2,1 млрд лет, или докажут, что это какие-то минеральные структуры, похожие по форме на биологические. Или же найдется еще что-то, указывающее более определенно на биологическое происхождение габонских ископаемых. И действительно, интенсивные исследования Франсвильской формации дали палеонтологам дополнительный материал. И он позволяет вполне уверенно говорить о биологической — и, более того, многоклеточной — природе этих ископаемых. Таким образом, они получают звание древнейших ископаемых многоклеточных организмов.

Что представляют собой эти ископаемые? Материал хорошо иллюстрирован на видео, сделанном с помощью микротомографии (на томографе контрастируются структуры, имеющие различный химический состав). В данном случае контрастным элементом оказалось железо: оно в большинстве случаев входит в состав этих фоссилий, особенно по поверхности. Мы видим изгибающиеся нитеобразные структуры длиной в несколько сантиметров и диаметром 1–3 миллиметра. Нити расположены параллельно слоям осадка, но иногда и пересекают их. В одном случае нить переходит в плоский клеточный пласт (рис. 3).

Рис. 3. Нитеобразная структура, переходящая в плоский клеточный пласт; фотография b подчеркивает объем поверхности: чем выше точка, тем светлее тон. Длина масштабного отрезка 1 см. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

Авторы находок полагают, что это остатки подвижного организма. Но этот организм не столько полз, раздвигая частички осадка двумя параллельными боковыми валиками (таких валиков здесь нет), сколько мигрировал между частичками под поверхностью осадка и сквозь него. Наиболее логичным вариантом авторам видимся организм, похожий на колониальных амёб, которые в условиях недостатка пищи собираются в многоклеточные агрегаты (рис. 1), способные к движению сквозь почву (или осадок). Эти многоклеточные агрегаты соединены вместе внеклеточным полисахаридным веществом (здесь употребляют его обобщенное название: mucus — слизь), на который осаждаются частицы осадка и железо, отсюда и быстрая фоссилизация этого эфемерного организма или его «полисахаридных» следов.

Итак, габонские ископаемые организмы — это скорее всего многоклеточные, которые из-за размеров и сложности всё же логичнее не считать бактериальными матами: маты в окаменевшем виде выглядят совсем по-другому. Хотя вряд ли габонские организмы были предшественниками тех многоклеточных животных и растений, которые населяют сегодняшний мир. Албани с коллегами предпочитают говорить об эволюционных экспериментах с многоклеточностью, индуцированных кратковременным увеличением количества кислорода (рис. 4). Вспомним, что временной интервал, в который попадают габонские находки, — 2,2–2,06 млрд лет — соответствует так называемой изотопной экскурсии Ломагунди (Lomagundi carbon isotope excursion, см. также Boring Billion и Second atmosphere), сопряженной с заметным повышением кислорода в океанах (о кислороде в это время см. «Великое кислородное событие» на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием, «Элементы», 02.03.2014).

Рис. 4. Количество кислорода в протерозойском океане изображено голубой полосой, событию Ломагунди соответствует скачок кислорода. Изображение из статьи T. W. Lyons et al., 2014. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere

Так что мало-помалу накапливаются данные, которые позволяют говорить о развитии жизни в то невероятно древнее время, строить содержательные гипотезы: жизнь вряд ли развивалась однонаправленно и прямолинейно. Возможно, как пишут авторы, 2 млрд лет назад наступило время смелых эволюционных экспериментов, и это происходило за 300 миллионов лет до возникновения эукариотической клетки, той, которую мы знаем сегодня.

Источник: 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.

Елена Наймарк