Odkryto pozostałości wymarłego świata żywych organizmów

Nowo odkryte sygnatury biomarkerów wskazują na całą grupę nieznanych wcześniej organizmów, które zdominowały złożone życie na Ziemi około miliarda lat temu. Różniły się one od złożonego życia eukariontów, jakie znamy, takich jak zwierzęta, rośliny i glony, strukturą komórkową i potencjalnym metabolizmem, które zostały przystosowane do świata o znacznie mniejszej ilości tlenu w atmosferze niż obecnie.

Międzynarodowy zespół naukowców, w tym geochemik z GFZ, Christian Hollmann, opisuje teraz w czasopiśmie ten przełom w dziedzinie geobiologii ewolucyjnej. Natura.

I okazuje się, że nieznane wcześniej „elementarne sterydy” były zaskakująco obfite w całym średniowieczu na Ziemi. Pierwotne molekuły zostały wyprodukowane na wczesnym etapie złożoności eukariontów – rozszerzając obecny zapis kopalnych steroli poza 800, a nawet 1600 milionów lat temu. Eukarionty to termin nadawany królestwu życia, w tym wszystkim zwierzętom, roślinom i algom, które są oddzielone od bakterii dzięki złożonej strukturze komórkowej obejmującej jądro, a także bardziej złożonemu mechanizmowi molekularnemu.

„Najważniejszą konsekwencją tego odkrycia nie jest po prostu rozszerzenie obecnego zapisu molekularnego eukariontów”, mówi Holman, „biorąc pod uwagę, że ostatni wspólny przodek wszystkich współczesnych eukariontów, w tym nas, ludzi, był prawdopodobnie w stanie wytworzyć „zwykłe” nowoczesne sterole.” Istnieje duże prawdopodobieństwo, że eukarionty odpowiedzialne za te rzadkie sygnatury należą do pnia drzewa filogenetycznego”.

Bezprecedensowy wgląd w utracony świat

Ten „kikut” reprezentuje wspólną linię przodków, która była prekursorem wszystkich wciąż żyjących gałęzi eukariontów. Jego przedstawiciele dawno wymarli, ale szczegóły dotyczące ich natury mogą rzucić więcej światła na okoliczności towarzyszące ewolucji złożonego życia.

Chociaż potrzebne są dalsze badania, aby ocenić, jaki procent protosteroidów może mieć rzadkie źródło bakteryjne, odkrycie tych nowych cząsteczek nie tylko godzi zapis geologiczny tradycyjnych skamielin z zapisem cząsteczek tłuszczu kopalnego, ale daje rzadki i bezprecedensowy wgląd w świat zagubiony ze starego życia.

Konkurencyjny upadek eukariontów z grup macierzystych, naznaczony pierwszym pojawieniem się współczesnych skamieniałych zrębów około 800 milionów lat temu, może odzwierciedlać jedno z najtrwalszych wydarzeń w ewolucji coraz bardziej złożonego życia.

„Prawie wszystkie eukarionty syntetyzują niezbędne steroidy, takie jak cholesterol wytwarzany przez ludzi i większość innych zwierząt” – dodaje Benjamin Nittersheim z Uniwersytetu w Bremie, pierwszy autor badania.

„Ze względu na potencjalnie szkodliwe skutki zdrowotne wysokiego poziomu cholesterolu u ludzi, cholesterol nie cieszy się najlepszą reputacją z medycznego punktu widzenia. Jednak te cząsteczki lipidów są integralną częścią błon komórek eukariotycznych, gdzie pomagają w różnych funkcjach fizjologicznych.” Poszukując sterydów skamieniałych w starożytnych skałach, możemy prześledzić ewolucję coraz bardziej złożonego życia”.

To, co myślał noblista, jest niemożliwe

Laureat Nagrody Nobla Konrad Bloch już prawie 30 lat temu spekulował na temat takiego biomarkera w artykule. Bloch zasugerował, że krótkotrwałe półprodukty we współczesnej biosyntezie steroidów nie zawsze muszą być półproduktami.

Uważano, że biosynteza lipidów ewoluowała równolegle ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi na przestrzeni dziejów Ziemi. W przeciwieństwie do Blocha, który nie wierzył, że można znaleźć takie starożytne media, Nettersheim zaczął szukać protosteroidów w starożytnych skałach zdeponowanych w czasie, gdy takie media byłyby produktem końcowym.

Ale jak znaleźć takie cząsteczki w starożytnych skałach? mówi Jochen Brooks, profesor z Australian National University, który wraz z Nettersheim jest współautorem nowego badania.

Naukowcy przeoczyli te molekuły przez dziesięciolecia, ponieważ nie pasują one do typowego obrazu badań molekularnych. „Kiedy już znaliśmy nasz cel, odkryliśmy, że dziesiątki innych skał, pobranych z dróg wodnych na całym świecie sprzed miliardów lat, wydzielały podobne skamieniałe cząstki”.

Najstarsze próbki zawierające biomarker pochodzą z formacji Barney Creek w Australii i mają 1,64 miliarda lat. Zapis skalny z następnych 800 milionów lat dostarczył tylko kopalnych cząstek prymitywnych eukariotów, zanim sygnatury molekularne współczesnych eukariotów pojawiły się po raz pierwszy w okresie Tonian.

Według Nettersheima „Transformacja Tonijska jawi się jako jeden z najgłębszych środowiskowych punktów zwrotnych w historii naszej planety”. Holman dodaje, że „zarówno prymitywne grupy łodyg, jak i przedstawiciele współczesnych eukariotów, takich jak krasnorosty, mogli żyć obok siebie przez setki milionów lat”.

Ale w tym czasie atmosfera ziemska stawała się coraz bardziej bogata w tlen – produkt metaboliczny cyjanobakterii i alg eukariotycznych, który w przeciwnym razie byłby toksyczny dla wielu innych organizmów. Następnie nastąpiło globalne zlodowacenie „Snowball Earth” i społeczności protosteroli w dużej mierze zniknęły. Ostatni wspólny przodek wszystkich żyjących eukariotów żył prawdopodobnie od 1,2 do 1,8 miliarda lat temu. Jest prawdopodobne, że jej potomkowie byli w stanie lepiej tolerować ciepło i zimno, a także promieniowanie ultrafioletowe i wyparli swoich neandertalskich krewnych.

Ponieważ wszystkie eukarionty z grupy łodyg wymarły dawno temu, nigdy nie dowiemy się na pewno, jak wyglądała większość naszych wczesnych krewnych, ale wysiłki techniczne stworzyły wstępne renderingi (patrz załączone obrazy), podczas gdy prymitywne sterydy mogą w końcu rzucić więcej światła na biochemię i styl życia.

„Ziemia była światem mikroorganizmów przez większość swojej historii i pozostawiła niewiele śladów” – podsumowuje Nettersheim. Badania w ANU, MARUM i GFZ nadal śledzą korzenie naszego istnienia – a odkrycie protosteroli przybliża nas teraz do zrozumienia, jak żyli i ewoluowali nasi pierwsi przodkowie.