Дослідники виявили в Північному Китаї найдавніші скам’янілості багатоклітинних еукаріотів, датовані 1,63 мільярдами років, у Північному Китаї, виявивши ранні складні форми життя та припускаючи більш ранню появу багатоклітинності. У дослідженні, опублікованому в Science Advances 24 січня, дослідники під керівництвом професора Маоян Чжу з Нанкінського інституту геології та палеонтології Академії наук Китаю повідомили про своє нещодавнє відкриття багатоклітинних скам’янілостей віком 1,63 мільярда років із Північного Китаю.
Ці чудово збережені мікрофосілії наразі вважаються найдавнішою згадкою про багатоклітинних еукаріотів. Це дослідження є ще одним проривом після того, як дослідники раніше виявили скам’янілості еукаріот дециметрового розміру в районі Яньшань у Північному Китаї, і відсуває появу багатоклітинності в еукаріот приблизно на 70 мільйонів років.
Багатоклітинність: великий еволюційний перехід
Усе складне життя на Землі, включаючи різноманітних тварин, наземні рослини, макроскопічні гриби та морські водорості, є багатоклітинними еукаріотами. Багатоклітинність є ключовою для того, щоб еукаріоти набули складності організму та великих розмірів, і часто розглядається як головний перехід в історії життя на Землі. Однак вчені не впевнені, коли еукаріоти розробили це нововведення.
Записи копалин, які пропонують переконливі докази, показують, що еукаріоти з простою багатоклітинністю, такі як червоні та зелені водорості та ймовірні гриби, з’явилися ще 1,05 мільярда років тому. Старіші записи стверджували, що це багатоклітинні еукаріоти, але більшість із них є суперечливими через їхню просту морфологію та відсутність клітинної структури.
Розгадка стародавнього складного життя
«Нещодавно виявлені багатоклітинні скам’янілості походять з пізньої палеопротерозойської формації Чуанлінггоу, вік якої становить близько 1635 мільйонів років. Це нерозгалужені однорядні нитки, що складаються з двох або понад 20 великих циліндричних або бочкоподібних клітин діаметром 20–194 мкм і неповною довжиною до 860 мкм. Ці нитки демонструють певний ступінь складності, заснований на їх морфологічній варіації», — сказав Ланьюнь Мяо, один із дослідників.
Нитки постійні, або звужені по всій довжині, або звужені лише на одному кінці. Морфометричний аналіз демонструє їх морфологічну безперервність, припускаючи, що вони представляють один біологічний вид, а не окремі види. Скам’янілості були названі Qingshania magnifica, 1989, формою таксону з подібною морфологією та розміром, і описуються як такі, що належать до формації Chuanlinggou.
Особливо важливою особливістю Qingshania є кругла внутрішньоклітинна структура (діаметр 15-20 мкм) у деяких клітин. Ці структури можна порівняти з нестатевими спорами, відомими у багатьох еукаріотичних водоростей, що вказує на те, що Qingshania, ймовірно, розмножується спорами.
Розрізнення еукаріотичних ознак
У сучасному житті однорядні нитки поширені як у прокаріотів (бактерій та архей), так і в еукаріотів. Поєднання великого розміру клітини, широкого діапазону діаметрів ниток, морфологічної варіації та внутрішньоклітинних спор демонструє еукаріотичну спорідненість Qingshania , оскільки жоден відомий прокаріот не є настільки складним. Ниткоподібні прокаріоти, як правило, дуже малі, близько 1-3 мкм в діаметрі, і поширені в більш ніж 147 родах 12 типів. Деякі ціанобактерії та сірчані бактерії можуть досягати великих розмірів, до 200 мкм завтовшки, але ці великі прокаріоти дуже прості за морфологією, з дископодібними клітинами, і не розмножуються спорами.
Найкращими сучасними аналогами є деякі зелені водорості, хоча філаменти зустрічаються і в інших групах еукаріотичних водоростей (наприклад, червоні водорості, бурі водорості, жовті водорості, харофіти та ін.), а також у грибів і ооміцетів.
«Це вказує на те, що Qingshania , швидше за все, була фотосинтетичною водоростю, яка, ймовірно, належала до вимерлої стовбурової групи архепластидів (основна група, що складається з червоних водоростей, зелених водоростей і наземних рослин, а також глаукофітів), хоча її точна спорідненість досі невідома, – сказав Мяо.
Хімічний склад і еволюційні наслідки
Крім того, дослідники провели спектроскопічне дослідження комбінаційного розсіювання, щоб перевірити еукаріотичну спорідненість Qingshania з точки зору хімічного складу, використовуючи для порівняння три таксони ціанобактерій. Раманівські спектри виявили два широкі піки, характерні для невпорядкованої вуглецевої речовини. Крім того, оцінені температури поховання з використанням параметрів Рамана коливалися від 205–250°C, що вказує на низький ступінь метаморфізму. Аналіз основних компонентів спектрів комбінаційного розсіювання відсортував Qingshania та таксони ціанобактерій на два окремі кластери, вказуючи на те, що вуглецева речовина Qingshania відрізняється від скам’янілостей ціанобактерій, що додатково підтверджує еукаріотичну спорідненість Qingshania.
В цей час найдавніші однозначні скам’янілості еукаріотів – це одноклітинні форми з пізніх палеопротерозойських відкладень (~1,65 мільярда років тому) у Північному Китаї та Північній Австралії. Qingshania з’явився лише трохи пізніше, ніж ці одноклітинні форми, що вказує на те, що еукаріоти набули простої багатоклітинності дуже рано у своїй еволюційній історії.
Оскільки еукаріотичні водорості (архепластиди) виникли після останнього еукаріотичного спільного предка (LECA), відкриття Qingshania, якщо він справді водоростевий за своєю природою, додатково підтверджує ранню появу LECA у пізньому палеопротерозої — що узгоджується з багатьма дослідженнями молекулярного годинника — скоріше. ніж у пізньому мезопротерозої приблизно 1 мільярд років тому.