Геохимики Массачусетского технологического института обнаружили химические следы, вероятно оставшиеся от древних губок в горных породах возрастом более 541 млн лет. Химическими следами называют остатки биомолекул, происходящих от живых организмов, которые впоследствии оказались погребёнными, преобразованными и сохранёнными в осадочных отложениях иногда на протяжении сотен миллионов лет. Эти данные, по мнению учёных, подтверждают предположение о том, что некоторые из первых животных Земли могли быть предками современных морских губок.
Новые найденные химические окаменелости представлены особыми видами стеранов — стабильной формой стероидных соединений, аналогичных холестерину, присутствующим в клеточных мембранах сложных организмов. Стераны очень долго сохраняются в ископаемых остатках благодаря своей химической стабильности, что позволяет учёным изучать древнюю жизнь, используя методы палеогеохимии. Таким образом, стераны используются как своеобразные «химические окаменелости», помогающие реконструировать историю жизни на Земле, определять происхождение определённых групп организмов и устанавливать возраст горных пород. Стераны как геологически устойчивый вариант стеролов присутствуют во всех эукариотах (растениях, животных и любых организмах, обладающих ядром).
Исследователи связали эти вещества с классом морских губок, известным как демоспонгии. Современные представители демоспонгий отличаются огромным разнообразием размеров и цветов, обитают повсеместно в океанах и относятся к мягким фильтрующим животным. Вероятно, их древние предшественники имели схожие характеристики.
Учёные пока точно не знают, какой внешний облик имели эти организмы миллионы лет назад, но уверены, что они, безусловно, жили в океане, были мягкотелыми существами и, скорее всего, не имели кремнистого скелета.
Открытие специфичных химических следов морской губки стало убедительным свидетельством того, что предки демоспонгий были одними из самых древних животных Земли.
Ещё в 2009 году ученые впервые сообщили о выявленных ими химических окаменелостях, предположительно оставшихся от древних губок. Исследуя образцы горных пород из обнажения в Омане, исследователи неожиданно обнаружили большое количество стеранов, которые, по их мнению, представляли собой сохранившиеся остатки редкого типа стеролов, содержащих 30 атомов углерода, скорее всего, происходивших от древних морских губок.
Эти стераны были обнаружены в крайне древних породах, относящихся к эдиакарскому периоду, продолжавшемуся приблизительно от 635 до 541 миллиона лет назад. Этот период непосредственно предшествует кембрию, когда планета испытала резкое и повсеместное развитие сложного многоклеточного живого мира. Обнаруженные учеными факты свидетельствуют о том, что древние губки появились значительно раньше основной массы многоклеточных организмов и вполне могли оказаться одними из первых животных на Земле.
Тем не менее вскоре после публикации тех результатов появились альтернативные гипотезы, объясняющие происхождение стероидов с 30 атомами углерода (C30). Некоторые предположили, что эти вещества могли появиться вследствие жизнедеятельности иных организмов либо быть результатом чисто геологических процессов, не связанных с живыми существами.
Исследовательская группа теперь заявляет, что новое исследование подтверждает их первоначальную версию о том, что древние губки оставили после себя уникальный химический отпечаток. Дело в том, что теперь найден дополнительный химический маркер в тех же докембрийских породах, происхождение которого почти наверняка связано с биологическими процессами.
Как и в предыдущем исследовании, учёные сосредоточились на поиске химических останков в породах, датируемых эдиакарским периодом. Для анализа они собрали образцы керна и обнажений горных пород из региона Омана, Западной Индии и Сибири, изучив их на наличие признаков наличия стеранов. Ведь, по мнению исследователей, без стеролов или похожих липидов клеточной мембраны невозможно говорить о принадлежности к эукариотам.
Основная структура любого стерола состоит из четырёх соединённых углеродных колец. К этой базовой структуре могут присоединяться дополнительные боковые цепи и химические группы, определяемые особенностями генома конкретного организма. Так, например, человеческий стерол — холестерин — включает 27 атомов углерода, тогда как растительные стеролы содержат обычно 29 атомов углерода.
Стерол с 30 атомами углерода встречается очень редко, в молекулах стеролов современных животных и растений насчитывается меньшее количество атомов углерода. Химическое ископаемое, открытое исследователями в 2009 году, оказалось именно таким — стеролом с 30 атомами углерода. Более того, команде исследователей удалось установить, что эта молекула могла быть синтезирована благодаря наличию особого фермента, кодируемого геном, типичным исключительно для класса демоспонгий.
В новом исследовании авторы обратили внимание на химическую природу этих соединений и выяснили, что тот же ген, унаследованный от губок, способен производить ещё более редкий стерол, содержащий 31 атом углерода (C31). Проанализировав собранные образцы горных пород на предмет содержания C31-стеранов, учёные обнаружили их неожиданное изобилие наряду с ранее известными C30-стеранами. Эти необычные стераны присутствовали там до наших дней.
Чтобы подтвердить свою теорию, учёные получили образцы современных представителей класса демоспонгий и исследовали их на наличие C31-стеролов. Действительно, выяснилось, что в некоторых видах современных губок присутствуют стеролы — биологические предшественники C31-стеранов, обнаруженных в древних породах. Чтобы удостовериться в точности химического состава, исследователи провели лабораторный синтез восьми различных C31-стеролов, создав эталонные стандарты для сравнения.
Затем они обработали полученные молекулы, имитируя процессы, которые стеролы испытывают при захоронении, высоком давлении и температуре на протяжении сотен миллионов лет. Оказалось, что лишь два из синтезированных стеролов дали продукты, идеально совпадающие по форме с теми C31-стеролами, которые были выявлены в древних образцах породы.
Совокупность проведенных исследований однозначно свидетельствует о том, что обнаруженные в древних породах стераны были произведены именно живыми организмами, а не образовались в ходе геологических процессов. Новое исследование, как заявляют авторы, доказывает, что сигнал действительно исходит от живого организма, а не загрязняющих примесей.
Весьма вероятно, что этими древнейшими организмами являлись предки современных демоспонгий, сохранивших способность вырабатывать аналогичные соединения вплоть до наших дней. То есть эти губки были одними из первых животных на Земле.
Теперь, когда исследователи подтвердили, что C30- и C31-стеролы служат надёжными индикаторами присутствия древних губок, они планируют искать подобные химические маркеры в древних породах других регионов мира. Пока что имеющиеся образцы позволяют утверждать лишь одно: осадочные слои и сами губки сформировались в течение эдиакарского периода. Дальнейшие изыскания позволят сузить временные рамки появления первых животных.
Новые найденные химические окаменелости представлены особыми видами стеранов — стабильной формой стероидных соединений, аналогичных холестерину, присутствующим в клеточных мембранах сложных организмов. Стераны очень долго сохраняются в ископаемых остатках благодаря своей химической стабильности, что позволяет учёным изучать древнюю жизнь, используя методы палеогеохимии. Таким образом, стераны используются как своеобразные «химические окаменелости», помогающие реконструировать историю жизни на Земле, определять происхождение определённых групп организмов и устанавливать возраст горных пород. Стераны как геологически устойчивый вариант стеролов присутствуют во всех эукариотах (растениях, животных и любых организмах, обладающих ядром).
Исследователи связали эти вещества с классом морских губок, известным как демоспонгии. Современные представители демоспонгий отличаются огромным разнообразием размеров и цветов, обитают повсеместно в океанах и относятся к мягким фильтрующим животным. Вероятно, их древние предшественники имели схожие характеристики.
Учёные пока точно не знают, какой внешний облик имели эти организмы миллионы лет назад, но уверены, что они, безусловно, жили в океане, были мягкотелыми существами и, скорее всего, не имели кремнистого скелета.
Открытие специфичных химических следов морской губки стало убедительным свидетельством того, что предки демоспонгий были одними из самых древних животных Земли.
Ещё в 2009 году ученые впервые сообщили о выявленных ими химических окаменелостях, предположительно оставшихся от древних губок. Исследуя образцы горных пород из обнажения в Омане, исследователи неожиданно обнаружили большое количество стеранов, которые, по их мнению, представляли собой сохранившиеся остатки редкого типа стеролов, содержащих 30 атомов углерода, скорее всего, происходивших от древних морских губок.
Эти стераны были обнаружены в крайне древних породах, относящихся к эдиакарскому периоду, продолжавшемуся приблизительно от 635 до 541 миллиона лет назад. Этот период непосредственно предшествует кембрию, когда планета испытала резкое и повсеместное развитие сложного многоклеточного живого мира. Обнаруженные учеными факты свидетельствуют о том, что древние губки появились значительно раньше основной массы многоклеточных организмов и вполне могли оказаться одними из первых животных на Земле.
Тем не менее вскоре после публикации тех результатов появились альтернативные гипотезы, объясняющие происхождение стероидов с 30 атомами углерода (C30). Некоторые предположили, что эти вещества могли появиться вследствие жизнедеятельности иных организмов либо быть результатом чисто геологических процессов, не связанных с живыми существами.
Исследовательская группа теперь заявляет, что новое исследование подтверждает их первоначальную версию о том, что древние губки оставили после себя уникальный химический отпечаток. Дело в том, что теперь найден дополнительный химический маркер в тех же докембрийских породах, происхождение которого почти наверняка связано с биологическими процессами.
Как и в предыдущем исследовании, учёные сосредоточились на поиске химических останков в породах, датируемых эдиакарским периодом. Для анализа они собрали образцы керна и обнажений горных пород из региона Омана, Западной Индии и Сибири, изучив их на наличие признаков наличия стеранов. Ведь, по мнению исследователей, без стеролов или похожих липидов клеточной мембраны невозможно говорить о принадлежности к эукариотам.
Основная структура любого стерола состоит из четырёх соединённых углеродных колец. К этой базовой структуре могут присоединяться дополнительные боковые цепи и химические группы, определяемые особенностями генома конкретного организма. Так, например, человеческий стерол — холестерин — включает 27 атомов углерода, тогда как растительные стеролы содержат обычно 29 атомов углерода.
Стерол с 30 атомами углерода встречается очень редко, в молекулах стеролов современных животных и растений насчитывается меньшее количество атомов углерода. Химическое ископаемое, открытое исследователями в 2009 году, оказалось именно таким — стеролом с 30 атомами углерода. Более того, команде исследователей удалось установить, что эта молекула могла быть синтезирована благодаря наличию особого фермента, кодируемого геном, типичным исключительно для класса демоспонгий.
В новом исследовании авторы обратили внимание на химическую природу этих соединений и выяснили, что тот же ген, унаследованный от губок, способен производить ещё более редкий стерол, содержащий 31 атом углерода (C31). Проанализировав собранные образцы горных пород на предмет содержания C31-стеранов, учёные обнаружили их неожиданное изобилие наряду с ранее известными C30-стеранами. Эти необычные стераны присутствовали там до наших дней.
Чтобы подтвердить свою теорию, учёные получили образцы современных представителей класса демоспонгий и исследовали их на наличие C31-стеролов. Действительно, выяснилось, что в некоторых видах современных губок присутствуют стеролы — биологические предшественники C31-стеранов, обнаруженных в древних породах. Чтобы удостовериться в точности химического состава, исследователи провели лабораторный синтез восьми различных C31-стеролов, создав эталонные стандарты для сравнения.
Затем они обработали полученные молекулы, имитируя процессы, которые стеролы испытывают при захоронении, высоком давлении и температуре на протяжении сотен миллионов лет. Оказалось, что лишь два из синтезированных стеролов дали продукты, идеально совпадающие по форме с теми C31-стеролами, которые были выявлены в древних образцах породы.
Совокупность проведенных исследований однозначно свидетельствует о том, что обнаруженные в древних породах стераны были произведены именно живыми организмами, а не образовались в ходе геологических процессов. Новое исследование, как заявляют авторы, доказывает, что сигнал действительно исходит от живого организма, а не загрязняющих примесей.
Весьма вероятно, что этими древнейшими организмами являлись предки современных демоспонгий, сохранивших способность вырабатывать аналогичные соединения вплоть до наших дней. То есть эти губки были одними из первых животных на Земле.
Теперь, когда исследователи подтвердили, что C30- и C31-стеролы служат надёжными индикаторами присутствия древних губок, они планируют искать подобные химические маркеры в древних породах других регионов мира. Пока что имеющиеся образцы позволяют утверждать лишь одно: осадочные слои и сами губки сформировались в течение эдиакарского периода. Дальнейшие изыскания позволят сузить временные рамки появления первых животных.
Адаптированный сокращенный перевод с английского (оригинал: https://www.eurekalert.org/news-releases/1100149)
© Перевод: Каплан Б.М., 2025
