Твердые части тела животных всегда построены из соединений кальция. Всегда. У моллюсков это карбонат кальция, у позвоночных, например, рыб или людей, – фосфат.
...при одомошнивании объём мозга животных уменьшается. ("Журнал общей биологии", т. XXXIV, с. 360)
Одноклеточные существа властвовали на Земле миллиарды лет, и делали это весьма успешно. Тем не менее, как показывают ископаемые находки, почти всю свою историю они пытались "слиться" воедино, чтобы образовать нечто большее. И, как мы можем убедиться сегодня, некоторым это удалось. Но зачем было так заморачиваться? Ради чего те существа были готовы распрощаться со своей идентичностью и стать одним из многих "кирпичиков" более сложного организма? Попробуем разобраться.
Полгода назад я решил попробовать писать в ПИКАБУ свои не очень умные мысли, для того чтобы понять, какие мои мысли созвучны большинству пикабушников, а какие нет. При этом я исходил, что возможно на ПИКАБУ сидят в основном образованные люди. И может быть даже надеялся найти единомышленников. И вот можно подвести некоторые итоги. Реакция на посты была довольно предсказуема. Я заранее знал, где будут минусы, а где плюсы. Но вот я не ожидал, что людей огорчают мысли, что они многоклеточные. Можно любую чушь подать, что людям понравится, кроме мысли о том, что они состоят из клеток, причем не только своих. Человек не хочет принимать свою биологию. Возможно нынешняя пандемия - это результат этого непринятия.
Мультидисциплинарная команда специалистов под руководством Абдерразака Эль Албани продолжила изучение раннепротерозойской Франсвильской формации в Габоне. В этих породах возрастом 2,1 млрд лет обнаружились структуры, которые можно интерпретировать как следы движения многоклеточного существа. По форме сохранности — ожелезнение — ученые предположили, что существо было покрыто клейким полисахаридным веществом, а по морфологии и характеру движения оно напоминало современных миксомицетов. Ученые выдвигают гипотезу, что кислородный пик 2 млрд лет назад вызвал бурное развитие жизни, что привело к появлению каких-то многоклеточных форм — и это случилось за 300 млн лет до появления эукариотической клетки.
Рис. 1. Миксомицет Physarum, амёбоподобное простейшее, при необходимости формирующее растущие подвижные многоклеточные агрегаты. Древнейшие находки многоклеточных позволяют предположить подобную организацию жизни более 2 млрд лет назад. Фото с сайта freemoldcheck.com
Прелюдия или эксперименты? Этот вопрос задают себе исследователи ископаемых остатков многоклеточных, возраст которых составляет 2,1 млрд лет. Загадочные ископаемые найдены в осадочных породах Франсвильской серии в юго-восточном Габоне (см. Франсвильская биота). Эти работы уже более десятилетия ведутся группой палеонтологов под руководством Абдерразака Эль Албани из Университета Пуатье. «Элементы» уже писали о предыдущих интересных находках многоклеточных, сделанных этой же группой в той же Франсвильской формации (см. Многоклеточные организмы, возможно, появились свыше 2 млрд лет назад), — более сотни фоссилий округлой формы с фестончатыми краями, размером до нескольких сантиметров. Исследователи не решились отнести их к животным или растениям, но, по-видимому, им больше всего импонировала идея миксомицетной природы этих фоссилий, что-то подобное современным колониальным амёбам (рис. 1).
Научное сообщество не слишком впечатлили эти ископаемые, и они не стали предметом активных обсуждений. Так случилось, по-видимому, из-за несоответствия между очень древним возрастом этих находок (2,1 млрд лет) и оценками времени существования общего предка эукариот (<1,84 млрд лет, хотя, по другим данным, он может быть существенно древнее, около 2,36 млрд лет), а также датировками ископаемых находок раннепротерозойских многоклеточных. Напомню, что к бесспорным многоклеточным раннепротерозойского возраста относятся грипании, Chuaria, Tawuia и макрофоссилии из северного Китая и Австралии (см. рис. 2).
Рис. 2. Раннепротерозойские многоклеточные. Фото из статей: T. M. Han, B. Runnegar, 1992. Megascopic eukaryotic algae from the 2.1-billion-year-old negaunee iron-formation, Michigan; Sh. Zhu et al., 2016. Decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old Gaoyuzhuang Formation in North China; M. Sharma et al., 2009. On the affinity of Chuaria–Tawuia complex: A multidisciplinary study; Q. Tang et al., 2017. Electron microscopy reveals evidence for simple multicellularity in the Proterozoic fossil Chuaria; S. Bengtson et al., 2007. The Paleoproterozoic megascopic Stirling biota
Прежде чем содержательно обсуждать природу столь древних многоклеточных, как габонские, нужно было подождать — вдруг переопределят их возраст, как это случилось с ганфлинтской (см. Gunflint Range) грипанией, которую сначала тоже датировали возрастом 2,1 млрд лет, или докажут, что это какие-то минеральные структуры, похожие по форме на биологические. Или же найдется еще что-то, указывающее более определенно на биологическое происхождение габонских ископаемых. И действительно, интенсивные исследования Франсвильской формации дали палеонтологам дополнительный материал. И он позволяет вполне уверенно говорить о биологической — и, более того, многоклеточной — природе этих ископаемых. Таким образом, они получают звание древнейших ископаемых многоклеточных организмов.
Что представляют собой эти ископаемые? Материал хорошо иллюстрирован на видео, сделанном с помощью микротомографии (на томографе контрастируются структуры, имеющие различный химический состав). В данном случае контрастным элементом оказалось железо: оно в большинстве случаев входит в состав этих фоссилий, особенно по поверхности. Мы видим изгибающиеся нитеобразные структуры длиной в несколько сантиметров и диаметром 1–3 миллиметра. Нити расположены параллельно слоям осадка, но иногда и пересекают их. В одном случае нить переходит в плоский клеточный пласт (рис. 3).
Рис. 3. Нитеобразная структура, переходящая в плоский клеточный пласт; фотография b подчеркивает объем поверхности: чем выше точка, тем светлее тон. Длина масштабного отрезка 1 см. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS
Авторы находок полагают, что это остатки подвижного организма. Но этот организм не столько полз, раздвигая частички осадка двумя параллельными боковыми валиками (таких валиков здесь нет), сколько мигрировал между частичками под поверхностью осадка и сквозь него. Наиболее логичным вариантом авторам видимся организм, похожий на колониальных амёб, которые в условиях недостатка пищи собираются в многоклеточные агрегаты (рис. 1), способные к движению сквозь почву (или осадок). Эти многоклеточные агрегаты соединены вместе внеклеточным полисахаридным веществом (здесь употребляют его обобщенное название: mucus — слизь), на который осаждаются частицы осадка и железо, отсюда и быстрая фоссилизация этого эфемерного организма или его «полисахаридных» следов.
Итак, габонские ископаемые организмы — это скорее всего многоклеточные, которые из-за размеров и сложности всё же логичнее не считать бактериальными матами: маты в окаменевшем виде выглядят совсем по-другому. Хотя вряд ли габонские организмы были предшественниками тех многоклеточных животных и растений, которые населяют сегодняшний мир. Албани с коллегами предпочитают говорить об эволюционных экспериментах с многоклеточностью, индуцированных кратковременным увеличением количества кислорода (рис. 4). Вспомним, что временной интервал, в который попадают габонские находки, — 2,2–2,06 млрд лет — соответствует так называемой изотопной экскурсии Ломагунди (Lomagundi carbon isotope excursion, см. также Boring Billion и Second atmosphere), сопряженной с заметным повышением кислорода в океанах (о кислороде в это время см. «Великое кислородное событие» на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием, «Элементы», 02.03.2014).
Рис. 4. Количество кислорода в протерозойском океане изображено голубой полосой, событию Ломагунди соответствует скачок кислорода. Изображение из статьи T. W. Lyons et al., 2014. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere
Так что мало-помалу накапливаются данные, которые позволяют говорить о развитии жизни в то невероятно древнее время, строить содержательные гипотезы: жизнь вряд ли развивалась однонаправленно и прямолинейно. Возможно, как пишут авторы, 2 млрд лет назад наступило время смелых эволюционных экспериментов, и это происходило за 300 миллионов лет до возникновения эукариотической клетки, той, которую мы знаем сегодня.
Источник: Abderrazak El Albani, M. Gabriela Mangano, Luis A. Buatois, Stefan Bengtson, Armelle Riboulleau, Andrey Bekker, Kurt Konhauser, Timothy Lyons, Claire Rollion-Bard, Olabode Bankole, Stellina Gwenaelle Lekele Baghekema, Alain Meunier, Alain Trentesaux, Arnaud Mazurier, Jeremie Aubineau, Claude Laforest, Claude Fontaine, Philippe Recourt, Ernest Chi Fru, Roberto Macchiarelli, Jean Yves Reynaud, Franзois Gauthier-Lafaye, and Donald E. Canfield. Organism motility in an oxygenated shallow-marine environment 2.1 billion years ago // PNAS. 201. V. 116 (9). P. 3431–3436. DOI.
Елена Наймарк https://elementy.ru/novosti_nauki/433443/Prelyudiya_istinnoy...
Существа эдиакарского периода: Bomakellia kelleri, Inaria и Albumares. Реконструкция. (С) Stanton F. Fink
Привычные нам сложноустроенные организмы появились на Земле далеко не сразу: в течение миллиардов лет жизнь на планете была представлена одноклеточными созданиями. Одна из палеонтологических загадок: почему первые многоклеточные организмы возникли и в течение миллионов лет обитали глубоко под водой – там, где было мало света, пищи и кислорода, которого и так в те времена было немного в земной атмосфере. Ученые из Стэнфордского университета (США) выяснили, какие особенности древнего океана сделали его глубины единственно возможной средой обитания этих существ
Специалисты по эволюционной биологии долго не могли объяснить причины так называемого кембрийского взрыва, случившегося около 540 млн лет назад. Тогда на Земле за короткий по историческим меркам период времени неожиданно появилось множество организмов, большинство из которых вполне укладывается в современную систематическую номенклатуру. И лишь когда палеонтологи обнаружили в докембрийских отложениях огромное разнообразие отпечатков и окаменелостей древних многоклеточных существ, недостающее эволюционное звено было найдено.
Сейчас мы знаем, что кембрийскому взрыву предшествовала долгая эволюция многоклеточных в эдиакарском, или вендском геологическом периоде, последним перед кембрием. Хотя есть основания полагать, что сложные организмы существовали и в более раннее время, именно в венде в глубинах океана в большом количестве обитали довольно крупные (достигающие метровых размеров) загадочные мягкотелые существа.
Spriggina floundersi из залежей Эдиакарской возвышенности (Австралия)
На чем был основан такой выбор места обитания? Как известно, для водных холоднокровных организмов, не способных самостоятельно регулировать температуру своего тела, потребность в кислороде повышается при температурах выше или ниже некоего оптимума. При росте температуры тела на 10 ºС скорость обмена веществ повышается примерно в 2–3 раза, что приводит к критическому недостатку кислорода. Если же температура опустится слишком низко, кислород будет проникать в ткани медленнее, чем это необходимо для поддержания жизнедеятельности.
Эксперимент на морских анемонах из класса коралловых полипов, предположительно схожих с древними вендскими организмами, подтвердил, что они нуждаются в большем количестве кислорода за пределами их зоны теплового комфорта. По мнению исследователей, древние многоклеточные венда в первую очередь нуждались в стабильных температурных условиях среды, при которых они могли наиболее эффективно использовать то ограниченное количество кислорода, которое в то время мог обеспечить океан.
Действительно, сегодня в средних широтах на океаническом мелководье среднегодовая температура колеблется больше чем на 10 ºС, зато на глубине более километра – меньше чем на 1 ºС. Кстати, в те времена океан мог быть теплее, чем сейчас, о чем косвенно свидетельствуют современные водные организмы, обитающие вблизи экватора. Они уже близки к верхней планке своего температурного оптимума, за которым начинается гипоксическое (вызванное недостатком кислорода) состояние. При этом ряд других видов прекрасно себя чувствует при низких температурах вблизи холодных полюсов.
К концу венда жизнь все же устремилась ближе к поверхности, о чем свидетельствуют находки в местах, соответствующих мелководным средам обитания той эпохи. К этому времени концентрация кислорода в атмосфере планеты повысилась, что позволило ее кислорододышащим обитателям не только подняться к более теплым поверхностным водам, но и ускорить свой обмен веществ. Появились активные «травоядные хищники», выедающие водорослевые маты; число и разнообразие видов стало расти. Наконец, на эволюционную сцену вышли и организмы, имеющие скелет. Эволюционный процесс приобрел лавинообразное ускорение, что и привело к кембрийскому взрыву разнообразия.
