Учёные из MIT выяснили, где могла укрыться жизнь
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные сообщают, что от 635 до 720 миллионов лет назад, в периоды, известные как «Земля-снежок», когда большая часть планеты была покрыта льдом, некоторые из наших древних клеточных предков могли переждать это время в водоёмах с талой водой.
Как ранняя жизнь могла выжить в условиях глобального оледенения
Учёные обнаружили, что эукариоты — сложные клеточные формы жизни, которые со временем эволюционировали в разнообразную многоклеточную жизнь, которую мы наблюдаем сегодня, — могли пережить глобальное замерзание, обитая в мелких водоёмах. Эти небольшие водные оазисы могли сохраняться поверх относительно неглубоких ледяных покровов в экваториальных регионах.
На поверхности льда могла накапливаться тёмноокрашенная пыль и обломки из-под льда, что усиливало его способность таять в водоёмы. При температуре около 0 градусов Цельсия образовавшиеся водоёмы с талой водой могли служить пригодной средой обитания для некоторых форм ранней сложной жизни.
Команда пришла к своим выводам на основе анализа современных водоёмов с талой водой. Сегодня в Антарктиде небольшие бассейны с талой водой можно найти на окраинах ледяных щитов. Условия вдоль этих полярных ледяных щитов схожи с тем, что, вероятно, существовало вдоль ледяных щитов вблизи экватора во время «Земли-снежка».
Анализ образцов из водоёмов с талой водой
Исследователи проанализировали образцы из различных водоёмов с талой водой, расположенных на шельфовом леднике Мак-Мёрдо в районе, который члены экспедиции Роберта Фолкона Скотта в 1903 году описали как «грязный лёд». Исследователи из MIT обнаружили чёткие признаки эукариотической жизни в каждом водоёме.
Сообщества эукариот варьировались от водоёма к водоёму, что свидетельствует о поразительном разнообразии жизни в этих условиях. Команда также обнаружила, что солёность играет ключевую роль в том, какой вид жизни может обитать в водоёме: в более солёных или солоноватых водоёмах сообщества эукариот были более схожими, что отличало их от сообществ в водоёмах с более пресной водой.
«Мы показали, что водоёмы с талой водой являются действительными кандидатами на то, где ранние эукариоты могли укрыться во время этих событий глобального оледенения», — говорит ведущий автор Фатима Хусейн, аспирантка факультета наук о Земле, атмосфере и планетах MIT (EAPS). «Это показывает нам, что разнообразие присутствует и возможно в таких условиях. Это действительно история о стойкости жизни».
Что такое «Земля-снежок»?
«Земля-снежок» — это разговорный термин, обозначающий периоды времени в истории Земли, когда планета покрывалась льдом. Он часто используется для обозначения двух последовательных многомиллионных ледниковых периодов, которые произошли в криогенном периоде, который геологи относят ко времени между 635 и 720 миллионами лет назад.
До сих пор ведутся споры о том, была ли Земля больше похожа на затвердевший снежок или на более мягкий «кашу-снежок». Но учёные уверены в одном: большая часть планеты была погружена в глубокую заморозку со средними глобальными температурами минус 50 градусов Цельсия. Вопрос заключался в том, как и где выжила жизнь.
«Мы заинтересованы в понимании основ сложной жизни на Земле. Мы видим свидетельства существования эукариот до и после криогенного периода в летописи окаменелостей, но нам в значительной степени не хватает прямых доказательств того, где они могли жить в то время», — говорит Хусейн. «Самое замечательное в этой загадке то, что мы знаем: жизнь выжила. Мы просто пытаемся понять, как и где».
Исследование образцов из водоёмов с талой водой в Антарктиде
Для своего нового исследования учёные проанализировали образцы, взятые из водоёмов с талой водой в Антарктиде. В 2018 году Саммонс и его коллеги из Новой Зеландии отправились в регион шельфового ледника Мак-Мёрдо в Восточной Антарктиде, где есть небольшие водоёмы с талой водой, каждый глубиной в несколько футов и шириной в несколько метров.
Там вода промерзает до самого морского дна, при этом в ней оказываются тёмные отложения и морские организмы. Ветровая потеря льда с поверхности создаёт своего рода конвейерную ленту, которая со временем доставляет этот захваченный мусор на поверхность, где он поглощает солнечное тепло, вызывая таяние льда. Окружающий мусорный лёд отражает поступающий солнечный свет, что приводит к образованию мелких водоёмов с талой водой.
Дно каждого водоёма покрыто матами из микробов, которые накапливались годами, образуя слои липких клеточных сообществ. «Эти маты могут быть толщиной в несколько сантиметров, красочными, и их можно очень чётко разделить на слои», — говорит Хусейн.
Эти микробные маты состоят из цианобактерий — прокариотических одноклеточных фотосинтезирующих организмов, у которых нет клеточного ядра или других органелл. Хотя известно, что эти древние микробы выживают в некоторых из самых суровых условий на Земле, включая водоёмы с талой водой, исследователи хотели знать, могли ли эукариоты — сложные организмы, которые развили клеточное ядро и другие мембраносвязанные органеллы, — также выдерживать подобные сложные обстоятельства.
Чтобы ответить на этот вопрос, команда проанализировала маты на наличие специфических липидов, которые они производят, называемых стеролами, а также генетических компонентов, называемых рибосомальной рибонуклеиновой кислотой (рРНК), которые можно использовать для идентификации организмов с различной степенью специфичности.
Эти два независимых набора анализов предоставили дополнительные отпечатки пальцев для определённых эукариотических групп. В рамках липидных исследований команда обнаружила множество стеролов и генов рРНК, тесно связанных с определёнными типами водорослей, простейших и микроскопических животных среди микробных матов.
Исследователи смогли оценить типы и относительное обилие липидов и генов рРНК от водоёма к водоёму и обнаружили, что в водоёмах обитает удивительное разнообразие эукариотической жизни. «Нет двух одинаковых водоёмов», — говорит Хусейн. «Есть повторяющиеся образы персонажей, но они присутствуют в разной степени. И мы обнаружили разнообразные сообщества эукариот из всех основных групп во всех изученных водоёмах. Эти эукариоты — потомки эукариотов, переживших «Землю-снежок».
«Это действительно подчёркивает, что водоёмы с талой водой во время «Земли-снежка» могли служить надледными оазисами, которые питали эукариотическую жизнь, что позволило диверсификации и распространению сложной жизни — включая нас — в дальнейшем».
Предоставлено Massachusetts Institute of Technology