Что удалось обнаружить ученым?

Специалисты обнаружили так называемые химические ископаемые – остатки биомолекул, которые происходят от живых организмов и сохраняются в осадочных породах сотни миллионов лет. Эти особые соединения представляют собой стераны – геологически стабильную форму стеролов, подобных холестерину, которые входят в состав клеточных мембран сложных организмов. Исследователи проследили происхождение этих стеранов до класса морских губок, известных как демогубки. Сегодня демогубки, представлены огромным разнообразием размеров и цветов, живут в океанах как мягкие организмы-фильтраторы. Их древние предшественники, вероятно, имели похожие характеристики, пишет 24 Канал со ссылкой на статью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Смотрите также Люди ускоряют эволюцию гораздо больше, чем думали ученые

Почетный профессор геобиологии Массачусетского технологического института Роджер Саммонс, отмечает, что точный внешний вид этих древних существ неизвестен, но они наверняка жили в океане, имели мягкое тело и, скорее всего, не обладали кремниевым скелетом. Открытие специфических для губок химических ископаемых стало мощным доказательством того, что предки демогубок принадлежали к первым животным, которые появились на Земле значительно раньше других основных групп животного мира.

Новое исследование базируется на результатах, опубликованных той же группой ученых в 2009 году. Тогда команда впервые идентифицировала химические ископаемые, что, вероятно, происходили от древних губок. Они проанализировали образцы пород из Омана и обнаружили значительное количество стеранов, которые оказались сохраненными остатками стеролов с 30 атомами углерода – редкой формы стероидов, что, как показали исследователи, вероятно, происходили от древних морских губок.

Стераны были найдены в очень древних породах, образовавшихся в эдиакарский период – примерно от 541 до 635 миллионов лет назад. Этот период предшествовал кембрию, когда на Земле произошел внезапный глобальный взрыв сложной многоклеточной жизни.

Открытие команды свидетельствовало, что древние губки появились гораздо раньше большинства многоклеточных организмов и, возможно, были одними из первых животных на планете.

Почему провели новое исследование?

Вскоре после обнародования этих результатов возникли альтернативные гипотезы о происхождении стеранов с 30 атомами углерода, включая предположение, что эти химические соединения могли быть созданы другими группами организмов или небиологическими геологическими процессами. Поэтому ученые снова взялись за работу, чтобы подтвердить или опровергнуть свои предыдущие выводы, пишет Phys.org.

Новое исследование лишь подкрепило старую гипотезу о том, что именно древние губки оставили эту особую химическую запись, поскольку ученые обнаружили новый химический ископаемый след в тех самых докембрийских породах, который почти наверняка имеет биологическое происхождение.

Исследователи проанализировали образцы из буровых кернов и выходов пород в Омане, западной Индии и Сибири на наличие стеранов. Базовая структура стерола состоит из четырех соединенных углеродных колец. Дополнительные углеродные боковые цепи и химические добавки могут присоединяться к структуре стерола, зависимости от того, какие соединения могут производить гены конкретного организма. У человека, например, стерол холестерин содержит 27 атомов углерода, тогда как стеролы в растениях обычно имеют 29 атомов углерода.

Любна Шавар, ведущий автор исследования и бывшая постдокторантка MIT, отмечает, что найти стерол с 30 атомами углерода было очень неожиданно. Химические ископаемые остатки, идентифицированы в 2009 году, были именно 30-углеродным стеролом. Кроме того, команда установила, что это соединение может синтезироваться благодаря присутствию специфического фермента, который кодируется геном, распространенным у демогубок.

В новом исследовании команда сосредоточилась на химии этих соединений и поняла, что тот же ген, присущий губкам, может производить еще более редкий стерол с 31 атомом углерода. Когда они проанализировали образцы пород на наличие стеранов с 31 атомом углерода, то обнаружили их в значительном количестве вместе с упомянутыми ранее стеранами с 30 атомами углерода.

Шавар отмечает, что эти особые стераны присутствовали все время, но нужно было задать правильные вопросы, чтобы их обнаружить и понять их значение и происхождение.

Исследователи также получили образцы современных демогубок и проанализировали их на наличие стеролов с 31 атомом углерода. Оказалось, что эти стеролы – биологические предшественники стеранов с 31 атомом углерода, найдены в породах, – действительно присутствуют в некоторых видах современных демогубок. Кроме того, они химически синтезировали в лаборатории восемь различных стеролов с 31 атомом углерода в качестве эталонных стандартов для проверки их химических структур. Затем они обработали молекулы способами, имитирующими процессы, которым стеролы подвергались бы после осаждения, захоронения и воздействия давления в течение сотен миллионов лет.

Оказалось, что продукты только двух таких стеролов точно совпадают с формой стеролов с 31 атомом углерода, найденных в древних образцах пород. Присутствие двух и отсутствие остальных шести подтверждает, что эти соединения не были созданы случайным небиологическим процессом. Результаты, подкреплены несколькими линиями доказательств, настойчиво поддерживают идею о том, что стераны, обнаруженные в древних породах, действительно были созданы живыми организмами, а не геологическими процессами.

Смотрите также В глубинах океана нашли сотни гигантских вирусов, которых наука раньше не видела

Так губки или нет?

Этими организмами, вероятнее всего, были предки демогубок, которые и по сей день сохранили способность производить ту же серию соединений. Саммонс подчеркивает, что это сочетание того, что находится в породе, что есть в губке, и что можно создать в химической лаборатории. Три взаимоподдерживающие линии доказательств указывают на то, что эти губки были одними из самых первых животных на Земле. Шавар добавляет, что в этом исследовании показано, как аутентифицировать биомаркер, проверяя, что сигнал действительно происходит от жизни, а не от загрязнения или небиологической химии.

Теперь, когда команда показала, что стеролы с 30 и 31 атомами углерода являются надежными сигналами древних губок, они планируют искать химические ископаемые в древних породах из других регионов мира. С породами, которые они исследовали до сих пор, можно определить только то, что осадок и губки образовались в какой-то момент эдиакарского периода. С большим количеством образцов у них будет возможность точнее установить, когда появились некоторые из первых животных на планете.