Древнейшая клеточная окаменелость

Автор: admin   
августа 23,
2011

На западе Австралии в отдаленном уголке под названием Стрелли-Пул (Strelley Pool), в чёрном песчанике, возраст которого оценивается учеными в 3,4 млрд. лет, в 2007 году были обнаружены самые древние из известных клеточных окаменелостей. Ученые из местного университета проводили работы по взятию проб грунта и обнаружили окаменелости, которые представляют собой системы сферических и эллипсоидальных полостей, ассоциированных с кристаллами не окисленного пирита.

Исследовала древнейшие окаменелые следы жизни, которые известны современной науке, научно-исследовательская группа под руководством доктора Дэвида Вэйси (David Wacey) из Университета Западной Австралии и профессора Мартина Бразье (Martin Brasier) из Университета Оксфорда. Результатом этих исследований явилась статья, которая была опубликована в журнале Nature Geoscience, а ее краткое изложение приводит New Scientist.

Слева: трёхмерная реконструкция одного из микроорганизмов 10 микрометров в диаметре. Справа: сечение, показывающее сферическую форму древней клетки (иллюстрация с сайта physorg.com).

Согласно результатам исследований, опубликованным в журнале Nature Geoscience через четыре года после открытия окаменелостей, эти микроорганизмы вырабатывали энергию не за счет кислорода, а за счет сернистых соединений, отличаясь этим от современных микроорганизмов.

Дэвид Вэйси (David Wacey)

Мартин Бразье (Martin Brasier)


Биологи считают, что эти бактерии были одним из древнейших живых организмов на Земле и могут многое рассказать о том, каковы были условия для жизни на планете в тот период. Ученые считают, что 3,5-2,5 миллиарда лет назад на Земле господствовали хемобактерии, получающие энергию для жизнедеятельности из химических реакций. Команда этой исследовательской группы обнаружила следы именно такой бактерии, окисляющей соединения серы для получения энергии.

По словам ученых, новая находка на 200 миллионов старше предыдущего рекордсмена.

Микроостатки усваивающих серу бактерий. David Wacey/University of Western Australia

Возможно, старейшие окаменелости, известные науке. Фото авторов работы


Обнаруженные клетки были зажаты между песчинками, которые когда-то были частью древней береговой линии, а ныне являются частью самой древней осадочной породы.

Расположенный в глубине континента бассейн Стрелли когда-то был песчаным пляжем. Земля в то время выглядела совсем иначе: средняя температура океана составляла около 40 — 50 ?С, течения были сильными, амплитуда приливов большой, небо серым, и вулканическая активность не останавливалась ни на минуту. В атмосфере преобладали углекислый газ и метан, а кислорода практически не было. Если в те времена и существовала суша, то она по площади была не больше современных островов.

Также на планете не было растений и водорослей, а значит, и кислорода в атмосфере тоже почти не было. В отсутствие кислорода живым организмам необходимо было найти другой источник энергии; одним из возможных вариантов для них была сера. Такие бактерии существуют на Земле и сегодня. «Такие серные бактерии находятся в зловонных каналах, почвах, горячих термальных источниках и расположенных на дне океана гидротермальных источниках – то есть в любом месте, где есть небольшое количество свободного кислорода и отсутствие органического вещества», – объяснил профессор Бразье.

По мнению некоторых ученых, живые организмы существовали на Земле в еще более ранние периоды, задолго до серных бактерий. Следы простейших живых существ и микропланктона, существовавших на земле 3,75 миллиарда лет назад, были обнаружены учеными в каменистых породах на западе Гренландии. Тонкие слои черных отложений, разделенные четкими слоями вулканического пепла, заставляют предположить, что здесь располагались колонии морских микроорганизмов.

Ископаемые останки в этих отложениях отсутствуют, но изотопный состав углерода не противоречит предположению, что он был выделен живыми организмами. Однако среди ученых отсутствует единство мнений по этому поводу.

Возраст следов химических процессов, которые ученые расценивают как биологические, составляет 3,8 миллиарда лет. Считается, что в это время существовал Последний универсальный общий предок — ближайший общий предок всех ныне живущих на Земле живых организмов. В это время поверхность планеты имела высокую температуру, вследствие постоянных извержений вулканов и плотного облачного слоя, окутывавшего Землю. Температура воды была как в очень горячей ванне – не меньше 40–50 градусов по Цельсию. Никаких растений или водорослей, которые были в состоянии производить фотосинтез и выделять кислород, еще не было.

«Мы можем с уверенностью утверждать, что возраст находки колеблется в пределах нескольких десятков миллионов лет. Это довольно высокая точность для породы, появившейся на свет 3,4 миллиарда лет назад», — утверждает профессор Мартин Бразье.

При определении возраста серных бактерий ученые убеждены в точном определении их возраста. Горные породы здесь образовались между двумя извержениями вулканов, дата которых точно определена, промежуток между ними составлял 75 млн. лет.

Ученые нашли три признака того, что окаменелости, чей диаметр не превышает несколько микрон, являются останками живых организмов.

Во-первых, окаменелости представляют собой клеточные структуры одинаковых размеров и нормальной формы (сферической и эллипсоидной), что указывает на органическое происхождение ископаемых.

Во-вторых, об этом факте свидетельствуют микрокристаллы пирита, найденные в этой породе. Как утверждают ученые, тип изотопов в этих кристаллах говорит о том, что они возникли в результате метаболических процессов серных бактерий и являются либо результатом жизнедеятельности, либо питанием древних форм жизни.

В-третьих, эти окаменелости были объединены в группы и присутствуют лишь в определённых средах (закреплены на песчинках), что говорит о биологическом характере данных образований.

«С учетом того, как тесно пирит прилегает в породах к самим останкам, мы можем предположить, что там существовала целая серная экосистема», — отмечает ученый Дэвид Уэйси из Университета Западной Австралии.

Исследователи попытались ответить на логичный вопрос: «Как могли выжить эти микроорганизмы в таких условиях?», — делится доктор Дэвид Уэйси из Университета Западной Австралии.

«На ранних этапах существования Земли, когда кислород был редким или вообще отсутствовал, жизни приходилось прибегать к другим средствам существования. С помощью комбинации электронной микроскопии и анализа ионов нам удалось показать, что эти конкретные микроорганизмы обладали метаболизмом, который основывался на использовании серы. Способность „дышать“ серными соединениями уже давно считается отличительной чертой жизни на наиболее ранних стадиях перехода от небиологического к биологическому миру».

Ранее в образцах горных пород со дна глубоководной впадины у берегов Западной Австралии Филиппа Юинз из Квинслендского университета обнаружила аналогичные структуры и пришла к выводу, что они свидетельствуют о существовании альтернативных форм жизни, которые не нуждались в рибосомах для производства белков.

Другие точки зрения гласят, что ранние бактерии практиковали фотосинтез или использовали водород для производства энергии. Имеет смысл предположить существование самых разнообразных организмов с широким спектром разновидностей обмена веществ.

Химический анализ давно намекал на то, что жизнь на Земле возникла около 3,5 млрд. лет назад, но реальных доказательств не было, поскольку очень сложно доказать, что образования, похожие на древние клетки, действительно являются древними клетками. Например, в 1980-х в формировании Апекс-Черт (Apex Chert) в 30 км от бассейна Стрелли были найдены структуры, которые сначала сочли окаменелыми цианобактериями, жившими 3,5 млрд. лет назад. Однако в этом году было доказано, что они имеют неорганическое происхождение. Подобная неопределённость ставит под сомнение любую находку.

Г-н Бразье был в числе критиков находки в Апекс-Черт, но насчёт своего открытия он уверен.

Клетки имеют более-менее одинаковую толщину стенок. В отличие от углеродсодержащих слоёв, сформированных в ходе геологических процессов. Кроме того, стенки окаменелостей не богаты углеродом-13, содержащимся в атмосфере. Это тоже может считаться признаком биологической активности, так как ныне живущие организмы больше полагаются на углерод-12 (фото David Wacey).


Размеры, формы окаменелостей, наличие в них того, что похоже на углерод-содержащие клеточные стенки, — всё это характерно для бактериальных колоний. Следы имеют от 5 до 80 мкм в диаметре. Форма разнообразна: сфера, эллипсоид, палочка.

Окаменелости представляют собой клеточные структуры одинаковых размеров и нормальной формы. Они также демонстрируют биологическое поведение: клетки собраны в группы и присутствуют лишь в определённых средах (закреплены на песчинках). Кроме того, кристаллы пирита (FeS2), обнаруженные близ микроскопических останков, вероятно, являются либо результатом жизнедеятельности, либо питанием древних форм жизни.

Аналогичный характер осаждения этого вещества наблюдается в современных бактериях, которые питают свой метаболизм за счёт превращения серосодержащих частиц — сульфатов — в сульфиды. С другой стороны, мы не знаем, существовал ли подобный процесс в древних микроорганизмах, — а значит, это не может считаться убедительным доказательством.

По мнению ряда специалистов, увязка микрофоссилий с метаболизмом — наиболее интересный аспект работы и может иметь значение для дальнейших попыток идентификации ископаемых микроорганизмов.

Сейчас исследователи тщательно сравнивают находку с другими формами жизни, обнаруженными ранее, чтобы выявить хоть какие-нибудь сходства.

Марс, Nili Fossae.


Стоит отметить, что нынешняя находка косвенно подтверждает возможность появления жизни на других планетах, в частности, на Марсе.

Район системы глубоких трещин Nili Fossae в районе впадины Isidis в Северном полушарии Марса во многом, если судить по спутниковым ее изображениям, геологически похож на австралийскую местность Пилбара, где находится Стрелли-Пул.

Древние земные бактерию внушают ученым оптимизм относительно возможного существования похожих микроорганизмов на других планетах, хотя найти их будет крайне непросто.

Возможно, новые открытия в области астробиологии удастся сделать очередному аппарату NASA — марсоходу «Кьюриосити» (Curiosity — Любопытство), который может стартовать с 25 ноября по 18 декабря этого года и прибудет на Марс в августе 2012 года. Ранее планировалось направить марсоход NASA «Кьюриосити» в район Nili Fossae, однако решение было изменено в пользу кратера Гейла, где тоже есть обильные скопления осадочных пород, указывающих на возможное присутствие воды. На борту аппарата будет установлен разработанный российскими учеными детектор альбедо нейтронов, который и будет искать воду на Марсе.

Находки микроструктур могут показать ученым, что необходимо искать в пробах с Марса. Так как на красной планете, как и на спутнике Сатурна Титане или спутнике Юпитера Европе, существуют такие же условия, как когда-то на Земле. Могут ли такие серные бактерии существовать на Марсе? «Это возможно», — считает оксфордский профессор Бразье.

Правда, по заверению Бразье, любые находки с других планет придётся изучать не менее тщательно, чем земную: сравнивать их химический состав, составлять трёхмерные изображения микроскопических окаменелостей.

Самую древнюю жизнь геологи обнаружили в формации Бассейн Стрелли( Strelley Pool) (фото David Wacey).

Использованы материалы

membrana.ru

bbc.co.uk

science.compulenta.ru

Tags: ,

Эта статья была опубликована: Вторник, августа 23, 2011 в 15:11 в категории Палеонтология Земли. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha