Поиск первых сложных форм жизни на Земле

Поиск информации о том, как началась жизнь на нашей планете, может показаться менее захватывающим, чем поиски жизни на Марсе или ледяных лунах Европы и Энцелада. Однако исследование первых эукариотов на Земле столь же важно для астробиологии, как и обнаружение жизни на отдаленных планетах. Это связано с тем, что на протяжении девяноста процентов истории Земли жизнь была микробной.

В своем офисе Росс Андерсон, палеонтолог из Оксфордского университета, рассказал, что жизнь на Земле возникла более трех с половиной миллиардов лет назад. На протяжении этого времени существовали цианобактерии и кислородное фотосинтезирование, по меньшей мере, 2.3 миллиарда лет назад; затем появились эукариоты, которые возникли как минимум 1.7 миллиарда лет назад.

Следом за ними появились водоросли как минимум миллиард лет назад, вероятно, даже раньше. Животное царство возникло как минимум 570 миллионов лет назад, возможно, чуть раньше. Чтобы найти общего предка растительного и животного царства, необходимо вернуться примерно на 1.6 миллиарда лет назад, отмечает Андерсон.

Таким образом, так называемые "коронные эукариоты", самые ранние эукариоты на Земле, считаются ключевыми для развития сложной жизни на нашей планете. Андерсон однозначно считает эукариоты первыми сложными формами жизни на Земле.

Что такое эукариоты?

Эукариоты имеют клеточное ядро, в котором заключена ДНК, а также органеллы — субклеточные структуры, такие как митохондрии, которые позволяют вести энергозатратный образ жизни. Именно эукариоты развили сложную многоклеточность и макроскопические формы; все животные, растения и грибы, которые мы видим вокруг, являются эукариотами, говорит Андерсон.

Ни один организм старше 500 миллионов лет не имел оболочек и скелетов, так как они еще не эволюционировали. В результате палеонтологи сильно зависят от необычных экологических условий, где могут сохраняться клеточные остатки и мягкие ткани. Поэтому исследователи знают очень мало о том, как развивалась жизнь в период, который составляет 90 процентов истории Земли.

Что касается Андерсона?

Меня интересует, как мы перешли от планеты с бактериями к планете с сложными многоклеточными организмами, говорит Андерсон. Такие многоклеточные окаменелости трудно найти, поэтому я много работаю над химией горных пород, чтобы выяснить, в каких условиях они сохраняются, добавляет он.

Одна из проблем заключается в том, что эукариотические микрофоссилии подвержены миллиардам лет разрушения. Но мы знаем, что переход от одноклеточных к многоклеточным организмам происходил несколько раз в разных частях Земли, отмечает Андерсон. Мы заинтересованы в том, как животные стали такими разнообразными сегодня, говорит он.

Большая часть их разнообразия сформировалась в период перехода от Эдиакарской к кембрийской эре. Это эпоха, произошедшая около 540 миллионов лет назад, которая представляла собой значительный эволюционный шаг между мягкотелыми организмами и кембрийским взрывом жизни с подвижностью, оболочками и скелетами.

Что касается мест, где можно искать такие древние эукариотические микрофоссилии? Андерсон и его коллеги особенно интересуются площадью в 100 квадратных километров, которая когда-то была мелким морем, примерно на 80 градусов северной широты, в удаленной группе островов недалеко от Шпицбергена, Норвегия.

Совсем недавно, в Австралии, исследователи обнаружили некоторые из самых старых эукариотических микрофоссилий, когда-либо найденных, датируемых примерно 1.75 миллиарда лет назад.

Оптимальные условия для таких микрофоссилий обычно находятся в древних прибрежных зонах, где эукариоты могли получать доступ к богатым органическим веществам и изобилию питательных веществ, что позволяло им развиваться как в многоклеточности, так и в разнообразии.

Идея заключается в том, чтобы исследовать области, которые либо нетронуты, либо не были исследованы в значительной степени. Андерсон сам специализируется на поиске в районах, где происходили массовые отложения глины, которые могли помочь сохранить этих древних эукариотов.

Сегодня вы ищете места, которые представляют собой пустыни или Арктику, где нет растительности, так что скалы открыты, говорит Андерсон.

Все это не так просто. Поиск эукариотических микрофоссилий — это поистине героическая задача, потому что они крошечные и состоят из незащищенных мягких тканей, что сделало их подверженными разрушению на протяжении миллиардов лет.

Главная проблема сейчас заключается в том, что у нас недостаточно изученная ископаемая летопись, говорит Андерсон.

Становимся ли мы ближе к ответу на важные вопросы о том, как сложная жизнь впервые появилась здесь?

Мы начали выяснять, какие горные породы подходят для поиска ранних окаменелостей, и это начинает давать нам данные, с помощью которых мы можем записать историю самой ранней жизни на Земле, говорит Андерсон.

Итог?

Многое из нашей работы с глиной было вызвано желанием найти жизнь на других планетах, говорит Андерсон. Мы лучше поймем, как жизнь возникла здесь, если надеемся понять вероятность ее появления где-либо еще, добавляет он.