В открытом хранилище под открытым небом в Дарвине, Австралия, находятся десятки лотков с цилиндрическими кернами горных пород. Эти образцы были извлечены из скважин, пробурённых горнодобывающими компаниями на глубине сотен метров много лет назад.

Некоторые из этих кернов, находящихся в распоряжении Геологической службы Северной территории, представляют собой аргиллиты — разновидность осадочной породы, образовавшейся из затвердевшего морского ила. Компании, проводившие бурение, в большинстве случаев не знали, что внутри этих аргиллитов содержатся окаменелости микроскопических организмов, захороненных на морском дне древнего внутреннего моря, покрывавшего большую часть северной Австралии более 1,5 миллиарда лет назад. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что эти окаменелости имеют важное значение для понимания крупного эволюционного скачка, приведшего к появлению сложной жизни на Земле — возникновению эукариот.

Два типа жизни на Земле

Вся жизнь на планете делится на два основных типа, различающихся на клеточном уровне. Прокариоты (бактерии и археи) имеют простое клеточное строение и в основном одноклеточны. Эукариоты, к которым относятся животные, растения, водоросли и грибы, отличаются более сложной клеточной структурой, включающей ядро и специализированные органеллы.

Появление эукариотических организмов стало ключевым этапом в истории Земли, приведя к возникновению животных и, в конечном итоге, человека. На основании анализа геномов современных организмов установлено, что последний общий предок всех живых эукариот возник в результате симбиотического объединения по меньшей мере двух прокариотических микробов: археи и бактерии.

Древнейшие окаменелости эукариот

Первые свидетельства существования эукариотической жизни представлены окаменелостями одноклеточных организмов, обладающих уровнем клеточной сложности, характерным для эукариот. Такие окаменелости обнаружены в породах возрастом не менее 1,5 миллиарда лет по всему миру. Образцы из Северной территории Австралии, датируемые 1,75 миллиарда лет назад, на сегодняшний день считаются самыми древними известными окаменелостями эукариот.

Однако древний мир, в котором эволюционировали ранние эукариоты, до сих пор остаётся малоизученным, и многие фундаментальные аспекты их природы неизвестны.

Роль кислорода в эволюции эукариот

Многие виды бактерий способны существовать без кислорода, однако почти все современные эукариоты используют кислород для жизнедеятельности. Аэробное дыхание обеспечивает необходимое количество энергии для сложной жизни. В последние годы появились данные, ставящие под сомнение предположение о том, что кислород всегда был необходим всем эукариотам. Это связано с обнаружением эукариот, способных существовать в бескислородных условиях, а также с геологическими данными, указывающими на низкое содержание кислорода в морях во времена появления эукариот.

Эти наблюдения вызывают вопросы о том, действительно ли эукариоты с самого начала зависели от кислорода.

Исследование древних аргиллитов

В ходе нового исследования были измельчены и растворены образцы аргиллитовых кернов из Дарвина. После обработки под микроскопом было обнаружено более 12 000 окаменелостей. Также изучались сами аргиллиты для определения условий среды, в которых происходило осаждение пород. Анализ химического состава позволил установить, присутствовал ли кислород в древней морской воде.

Результаты показали, что окаменелости эукариот встречаются только в образцах, сформировавшихся в кислородсодержащих условиях, тогда как в бескислородных средах обнаружены лишь простые прокариотические формы. Это свидетельствует о том, что даже самые древние известные эукариоты, существовавшие 1,7–1,4 миллиарда лет назад, зависели от кислорода. Эти данные подтверждают гипотезу о ключевой роли кислорода в эволюции ранних эукариот.

Значение для науки

Понимание факторов и условий, приведших к появлению ранних эукариот, остаётся одной из главных нерешённых задач биологических наук. Дальнейшие исследования древних микроскопических окаменелостей могут дать новые сведения о происхождении сложной жизни на Земле.