Тайну организмов, живших полмиллиарда лет назад, стали разгадывать с помощью биомаркеров

Аспирантка геологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова в составе международного научного коллектива приняла участие в исследовании химического состава биомаркеров — соединений, сохранившихся после разложения органических остатков, — представителей рода Beltanelliformis. Эти организмы существовали на Земле в эдиакарский период (примерно 575–541 миллион лет назад), и их положение на эволюционном древе было неизвестным. Полученные данные позволили выяснить, что Beltanelliformis представляют собой колонии цианобактерий. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

«Благодаря уникальной сохранности органического вещества Beltanelliformis в вендских отложениях Белого моря отпечатки этих организмов стали идеальным объектом для изучения биомаркеров. Исследование остатков органических молекул позволило предположить, что Beltanelliformis были донными колониальными цианобактериями. Новый метод поможет по-новому взглянуть на природу загадочных эдиакарских организмов и раннюю эволюцию жизни на Земле», — комментирует Анна Краснова, аспирантка кафедры нефтегазовой седиментологии и морской геологии геологического факультета МГУ, лаборант-исследователь лаборатории докембрийских организмов Палеонтологического института РАН.

На протяжении миллиардов лет в океанах царили микроорганизмы, однако около 541 миллиона лет назад всё изменилось: произошел «кембрийский врыв», океаны были захвачены животными и стали примерно такими, какими мы их знаем сегодня. Однако «взрыв» произошел не так уж и внезапно. Миллионы лет жизнь «экспериментировала» с созданием макроскопических организмов, и промежуточные результаты этих экспериментов известны под названием «эдиакарская биота».

Эдиакарская биота — сообщество первых в палеонтологической летописи крупных, анатомически сложных мягкотелых организмов и в то же время одна из самых больших загадок палеонтологии. Они выглядят настолько странно, насколько могла бы выглядеть жизнь на другой планете, и потому их филогенетическое положение — место в биологической систематике — остается неясным даже на уровне надцарств. В некоторых случаях неизвестно даже, принадлежали отпечатки бактериям, гигантским простейшим или животным. В такой ситуации оказались и представители рода Beltanelliformis, образовывавшие округлые отпечатки диаметром около 1 см.

«Beltanelliformis были выбраны, так как их проще всего изучать. В отличие от остальных представителей эдиакарской биоты, они образуют массовые местонахождения, с тысячами экземпляров на одной поверхности», — рассказывает Илья Бобровский, выпускник геологического факультета МГУ, PhD-студент Австралийского национального университета (Канберра).

К роду Beltanelliformis относятся две формы, различающиеся по месту захоронения: обнаруженные в основании линз песчаника Nemiana и погребенные в глинистых или карбонатных слоях Beltanelloides. Находки представляют собой округлые отпечатки с концентрическими складками, на поверхности которых иногда сохраняется тонкая пленка органического вещества — это остатки материала, из которого состояли организмы. Некоторые ученые принимали складки на Beltanelliformis за свидетельство наличия у организмов этой группы мышц и поэтому относили их к многоклеточным морским животным типа Книдария, то есть считали родственниками медуз и полипов. Другие исследователи относили Beltanelliformis к губкам, колониальным бактериям, грибам, лишайникам, планктонным и донным водорослям.

Ученые исследовали образцы Beltanelliformis, отобранные в окрестностях деревни Лямца Архангельской области. Чтобы разобраться, кем же был организм, исследователи придумали принципиально новый подход к изучению эдиакарских отпечатков: они изучили биомаркеры, выделенные из остатков органического вещества. Биомаркеры — это скелеты биологических молекул, которые позволяют вычислить молекул-предшественниц, из которых состоял живший полмиллиарда лет назад организм. Они содержатся в виде органических соединений, покрывающих поверхность ископаемых отпечатков. Так, ученые уже знают, какие соединения остаются, например, после фотосинтезирующих водорослей, бактерий, грибов или животных. Бактерий «выдают» гопаны, эти полициклические соединения являются структурной основой гопаноидов, входящих в состав клеточных мембран.

Оказалось, что органическая пленка Beltanelliformis содержит большое количество гопанов. В то же время там были обнаружены высшие нечетные н-алканы — линейные углеводороды с простыми связями. Они характерны для высших растений, современных пресноводных водорослей и наземных цианобактерий и играют важную роль в образовании на поверхности организмов тонкого воскового слоя, защищающего их от высыхания. Сам факт сочетания гопанов и высших нечетных н-алканов в составе органической пленки на ископаемых остатках позволил ученым предположить, что Beltanelliformisбыли донными колониальными цианобактериями.

Отпечатки Beltanelliformis. Источник: Сергей Багиров

«Нам удалось разработать принципиально новый подход к изучению эдиакарской биоты, который не завязан на интерпретации морфологии организмов — того, как они выглядят. Используя наш подход, мы выяснили, что Beltanelliformis являются остатками колониальных цианобактерий, и теперь они находятся среди тех немногих представителей эдиакарской биоты, природа которых ясна. Понимание природы эдиакарской биоты — это важный шаг к пониманию того, как получился мир, который нас окружает теперь и частью которого мы являемся», — заключает Илья Бобровский.

Внешняя мембрана из высших н-алканов защищала организм от высыхания. Ученые предполагают, что цианобактериальные колонии Beltanelliformis и макроводоросли из эдиакарских отложений на Белом море могли выдерживать пребывание на суше как минимум в течение небольших промежутков времени и, таким образом, могли обитать, помимо морских, и в пресноводных и приливно-отливных обстановках. По словам исследователей, изучение биомаркеров других эдиакарских макроорганизмов может стать ключом к разгадке тайны эдиакарской биоты.

Фото: Современные колонии цианобактерий. Источник: Robert Petley-Jones