Одними из первых животных на Земле, если не самыми первыми, были, вероятно, предки современных морских губок.
Геохимики Массачусетского технологического института (MIT) сделали это открытие, изучив очень древние горные породы, в которых идентифицировали «химические окаменелости». Результатами исследования ученые поделились на страницах Proceedings of the National Academy of Sciences.
Химическая окаменелость — это остаток биомолекулы, произошедшей от живого организма, который был погребен, преобразован и сохранен в осадочных породах, иногда на сотни миллионов лет.
Вновь идентифицированные химические окаменелости представляют собой особые типы стеранов — геологически стабильной формы стеролов, таких как холестерин, которые содержатся в клеточных мембранах сложных организмов. Исследователи проследили происхождение этих особых стеранов до обыкновенных губок, живущих сегодня в океанах. Похоже, их древние предки мало чем отличались.
«Мы не знаем точно, как выглядели эти организмы тогда, но они абсолютно точно жили в океане, у них был мягкий покров, и скорее всего, у них не было кремниевого скелета», — говорит профессор MIT Роджер Саммонс.
Открытие специфических для губок химических окаменелостей предоставляет веские доказательства, что их предки были среди первых животных, которые эволюционировали, и сделали они это гораздо раньше, чем остальные основные группы животных.
Губки на стероидах
Новое исследование основано на выводах, о которых группа впервые сообщила в 2009 году. В том исследовании команда идентифицировала первые химические окаменелости, которые, по-видимому, происходили от древних губок. Они проанализировали образцы пород из обнажения в Омане и обнаружили неожиданное обилие стеранов, которые, как они определили, были сохранившимися остатками 30-углеродных (C30) стеролов — редкой формы стероидов, по всей видимости, древнего происхождения.
Стераны были найдены в ископаемых породах Эдиакарского периода, длившегося примерно с 635 до 541 миллиона лет назад. После него начался Кембрий, когда Земля пережила внезапный и глобальный взрыв сложной многоклеточной жизни. Открытие дает основания предположить, что древние губки появились гораздо раньше, чем большинство многоклеточных форм жизни.
Вскоре после публикации появились альтернативные гипотезы, объясняющие происхождение C30 стеранов, включая ту, что эти химические вещества могли быть произведены другими группами организмов или неживыми геологическими процессами.
Новое исследование, по утверждению его авторов, подтверждает первоначальную гипотезу: источник стеранов — именно губки.
Специфичный стерол
Так же, как и в своей предыдущей работе, исследователи искали химические окаменелости в породах, относящихся к Эдиакарскому периоду. Они проанализировали образцы из буровых кернов и обнажений в Омане, Западной Индии и Сибири на наличие признаков стеранов — геологически стабильной формы стеролов, встречающихся у всех эукариот.
«Если в вас нет стеролов или похожих мембранных липидов — вы не эукариот», — объясняет Саммонс.
Основная структура стерола состоит из четырех соединенных углеродных колец. Дополнительные углеродные боковые цепи и химические добавки могут присоединяться к структуре стерола и удлинять ее, в зависимости от того, что могут производить конкретные гены организма. Например, холестерин у людей содержит 27 атомов углерода, а стеролы растений обычно насчитывают 29 атомов углерода.
«Очень необычно найти стерол с 30 атомами углерода», — подчеркивает бывшая аспирантка лаборатории Саммонса Любна Шавар.
Химической окаменелостью, которую исследователи идентифицировали в 2009 году, был 30-углеродный стерол. Более того, команда определила, что это соединение могло синтезироваться благодаря наличию особого фермента, который кодируется геном, распространенным у губок.
В новом исследовании ученые сосредоточились на химии этих соединений и установили, что этот же ген может производить еще более редкий стерол с 31 атомом углерода (C31). Анализ образцов подтвердил его обильное наличие.
«Эти специфичные стераны всегда там были. Чтобы их найти и правильно понять значение и происхождение, потребовалось задать верные вопросы», — говорит Шавар.
Три линии доказательств
Геохимики убедились, что в современных губках есть эти стеролы. Кроме того, они синтезировали восемь C31 стеролов и обработали их так, будто они были погребены в земле сотни миллионов лет. Из образованных таким способом химических окаменелостей две точно соответствовали форме C31 стеролов, найденных в древних образцах пород.
Таким образом, получены убедительные доказательства биогенного происхождения древних стеранов, которые произвели древние губки — судя по тому, что их современные потомки способны вырабатывать такие же соединения.
«Это сочетание того, что найдено в породах, что есть в губке и что можно сделать в химической лаборатории — три взаимодополняющих, согласующихся линии доказательств, указывающих на то, что эти губки были среди самых ранних животных на Земле», — заключил Саммонс.
Убедившись, что C30 и C31 стеролы — надежные признаки древних губок, исследователи намерены поискать эти химические окаменелости в древних породах из других регионов мира.
Генетики приблизились к разгадке, кем были первые животные в мире
Окаменелости возрастом 500 млн лет сохранили мозг жуткого трехглазого хищника
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram
