Все мы знаем о великих вымираниях и эпохальных событиях в истории жизни. Но в истории жизни на Земле были и "провалы" - периоды, о жизни в которых мы знаем очень мало. Одним из таких был знаменитый "скучный миллиард". Это промежуток в истории Земли, охватывающий время от 1,8 млрд лет (начало статерия) назад до 720 млн лет назад (конец тония), длившийся 1,08 млрд лет. Это название связано с климатической стабильностью, низким уровнем кислорода в атмосфере и очень медленной эволюцией живых организмов.
Как известно, во времена протерозоя планету населяли бактерии и археи, а ближе к концу эона появились первые эукариоты – организмы с ядром в клетке. Но здесь кроется парадокс: молекулярные данные говорят, что общий предок эукариот жил очень давно (1.4–1.2 млрд лет назад), а вот их явные ископаемые остатки (крупные клетки со сложной оболочкой) и биомаркеры (стеролы) встречаются лишь в породах моложе 800 млн лет. Куда же делись их предшественники? Получается, они либо были крайне редки, либо… мы просто искали не то.
Ключом к разгадке стала гениальная догадка, проверенная международной командой под руководством Йохена Брокса. Они предположили: первые прото-эукариоты не могли сразу синтезировать совершенный холестерин для своих мембран. Вместо этого они использовали его химических «предков» – протостеролы (например, ланостерол). Это сырьё на ранних этапах того длинного биохимического конвейера, который у современных эукариот производит холестерин.
Проблема в том, что стандартные протоколы поиска древней органики были «заточены» под холестерин и его производные. Протостеролы же просто не замечали, отфильтровывая как посторонний шум. Учёные переписали эти протоколы, целенаправленно настроившись на поиск «молекулярных окаменелостей» протостеролов.
И вот результат! Проанализировав 88 образцов пород со всего мира возрастом от 1.8 до 0.635 млрд лет, учёные обнаружили протостеролы везде в интервале 1.64–0.82 млрд лет. Это значит, что на протяжении почти целого миллиарда лет планету населяла процветающая протостероловая биота – мир организмов, являвшихся переходным звеном между примитивными микробами и настоящими эукариотами.
Их клеточные мембраны, укреплённые протостеролами, были несовершенны: более «рыхлыми» и не позволяли формировать сложные функциональные домены. Но это не мешало им господствовать.
Всё изменилось около 820–717 млн лет назад. В геологической летописи начинают преобладать стеролы современного типа (холестан), что указывает на расцвет красных водорослей. А настоящая революция случилась в эдиакарии (после 635 млн лет), когда появляются маркеры зелёных водорослей (стигмастан). Этот период авторы метко назвали «зелёной революцией». Именно тогда протостеролы практически исчезают из пород. Их сменили более совершенные конкуренты с холестериновыми мембранами – настоящие эукариоты, которые в итоге завоевали планету.
Подобно тому, как денисовский человек был открыт по фрагментам ДНК без классических костей, целая протостероловая биота была обнаружена лишь по молекулярным следам. Мы пока не знаем, как эти существа выглядели, но знаем, как была устроена их клеточная «броня».
Именно среди этих существ с несовершенными мембранами, вероятно, происходили ключевые события: симбиоз с предками митохондрий (которые затем полноценно влились в клетку) и формирование клеточного ядра. Теперь мы можем обсуждать эти процессы, учитывая реальную биохимию того времени.
Но почему мы не находим массово окаменелости этих существ? Были ли их мембраны менее пригодны для фоссилизации? Это вопрос для будущих исследований.
Таким образом, «скучный миллиард» оказался эпохой скрытой эволюционной драмы. Это было время долгого экспериментов, время господства «полуэукариот» с пробной, протостероловой мембраной. Их медленное совершенствование в итоге привело к биохимическому прорыву – появлению холестерина и, как следствие, к взрывному разнообразию настоящих эукариот, положившему начало видимому нам миру жизни.
Источники информации
- Jochen J. Brocks, Benjamin J. Nettersheim, Pierre Adam, Philippe Schaeffer, Amber J. M. Jarrett, Nur Güneli, Tharika Liyanage, Lennart M. van Maldegem, Christian Hallmann & Janet M. Hope. Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown // Nature. 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w.
По материалам Елены Наймарк