Первые животные появились более 600 миллионов лет назад
Это открытие отодвигает время появления первых многоклеточных животных на десятки миллионов лет вглубь истории.
Международная группа исследователей из Массачусетского технологического института, Калифорнийского технологического института и других научных центров представила новые доказательства существования сложных форм жизни в глубокой древности. Речь идет об обнаружении специфических органических молекул — C31 стеранов — в горных породах возрастом более 600 миллионов лет, которые связывают с древними губками.
Стераны являются продуктами преобразования стеринов — молекул, входящих в состав клеточных мембран эукариот (организмов, клетки которых содержат ядро). Определенные стераны, такие как 24-изопропилхолестан (24-ipc) и 26-метилстигмастан (26-mes), считаются биомаркерами демоспонгий — одного из классов губок. Их обнаружение в древних породах позволяет судить о времени появления этих животных на Земле.
В данном исследовании ученые сосредоточились на еще более сложных молекулах — C31 стеранах, а именно 24-n-бутилхолестане (24-nbc) и 24-sec-бутилхолестане (24-secbc). Для их идентификации был проведен комплексный анализ: изучались как современные губки и водоросли, так и образцы древних пород и нефтей из Омана, Восточной Сибири и Индии.
Методы и подходы
Исследование включало несколько этапов. Сначала стеролы были экстрагированы из современных губок и пелагофитовой водоросли Aureococcus anophagefferens. Затем, чтобы имитировать процессы, происходящие с органическим веществом в земных недрах в течение миллионов лет, часть образцов биомассы губок подвергли каталитической гидропиролизу (HyPy). Этот метод позволяет расщепить сложные органические молекулы и получить более устойчивые углеводороды, аналогичные тем, что находят в древних породах и нефти.
Для сравнения, стеролы из других образцов преобразовывали в стераны с помощью каталитического гидрирования. Все полученные углеводородные фракции анализировались методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии (GC-MS), что позволило точно идентифицировать молекулы по их массе и структуре.
«По мере увеличения термической зрелости образцов, изомер ααα-20S пика B становится все более обильным по сравнению со своим биологически унаследованным аналогом — изомером ααα-20R», — отмечается в описании рисунка S1, демонстрируя, как геологические процессы влияют на стераны.
Ключевые находки
Анализ показал, что C31 стераны, в частности 24-sec-бутилхолестан (пик B), присутствуют в свободных углеводородных фракциях, извлеченных из неопротерозойских пород Южно-Оманского Солевого Бассейна и других регионов. Важно, что их распределение и соотношение с другими стеранами (например, C29) согласуется с данными, полученными при анализе современных губок, таких как Cymbastela sp. и Topsentia ophiraphidites.
Например, у губки Cymbastela sp. был обнаружен стерол-предшественник опирастерол, который при восстановлении дает именно 24-sec-бутилхолестан. Это прямое доказательство того, что подобные молекулы имеют биологическое происхождение и связаны именно с губками.
«Отличительный C31 триненасыщенный стерол (опирастерол… был обнаружен в этой фракции, [это] стерол-предшественник 24-sec-бутилхолестана (24-secbc)», — указано в описании рисунка S8.
Особый интерес представляет образец GM-1 из Омана, предположительно позднекриогенного возраста. Его стерановый профиль с преобладанием C29 стеранов и значительным содержанием C31 стеранов (24-secbc/C29 = 71.24%) указывает на возможное присутствие губок еще до начала эдиакарского периода, то есть более 635 миллионов лет назад. Авторы, однако, отмечают неопределенность в датировке этого образца из-за возможного стратиграфического перерыва.
Научное значение
Обнаружение биомаркеров губок в неопротерозойских отложениях имеет фундаментальное значение для понимания эволюции жизни на Земле. Оно свидетельствует о том, что многоклеточные животные появились задолго до «кембрийского взрыва», около 540 миллионов лет назад, когда возникло большинство современных типов животных.
Это открытие отодвигает время появления первых животных вглубь геологической истории, вероятно, в криогенный период, когда Земля, по некоторым данным, переживала глобальные оледенения. Существование таких относительно сложных организмов, как губки, в ту эпоху заставляет по-новому взглянуть на условия среды и темпы эволюции жизни в докембрии.
Исследование демонстрирует мощь палеобиохимических методов: анализируя молекулярные окаменелости, ученые могут восстанавливать картину древних экосистем даже при отсутствии традиционных ископаемых остатков тел организмов.