Сложные формы жизни могли появиться на Земле на 1,5 миллиарда лет раньше

Проанализировав породы из ископаемого бассейна Франсвиль вблизи Габона (Африка), исследователи предполагают, что первые сложные формы жизни появились на Земле на 1,5 миллиарда лет раньше, чем считалось ранее. В частности, в этом месте обнаружены свидетельства биогеохимических условий, благоприятствующих возникновению многоклеточной жизни, датируемые 2,1 миллиарда лет назад. Однако эти формы жизни были ограничены внутренним морем, что не позволило им распространиться по всему миру.

В современном океане фитопланктон и пикоэукариотические организмы (фракция фитопланктона размером от 0,2 до 2 мкм) доминируют в бедных питательными веществами средах, в то время как более крупные и сложные организмы доминируют в богатых питательными веществами (в частности, фосфором) средах. Поэтому предполагается, что наличие этих питательных веществ и повышение концентрации кислорода в морской среде способствовало эволюции первых форм жизни в сторону большей сложности и разнообразия.

Эта гипотеза согласуется с данными ископаемых, согласно которым эукариотические организмы впервые появились между 1,7 и 1,5 миллиардами лет назад, а затем диверсифицировались в более сложные организмы 635 миллионов лет назад, после увеличения доступности кислорода и питательных веществ.

"Наличие фосфора в окружающей среде считается ключевым элементом в эволюции жизни на Земле, особенно при переходе от простых одноклеточных организмов к сложным организмам, таким как животные и растения", — объясняет Эрнест Чи Фру, ведущий автор нового исследования и старший преподаватель Школы наук о Земле и окружающей среде Кардиффского университета, в пресс-релизе.

Однако в 2,1-миллиардном ископаемом бассейне Франсвиль на юго-востоке Габона был обнаружен уникальный набор удивительно крупных и сложных образцов. Кроме того, исследования ранее предполагали наличие первобытного моря, богатого питательными веществами и кислородом. В связи с этим возникли вопросы о датировке появления первых сложных форм жизни на Земле и о факторах, способствовавших этому.

Чи Фру и его коллеги предлагают положить конец спорам, предположив, что на планете было два эпизода биологической диверсификации - 2,1 миллиарда лет назад и 635 миллионов лет назад. Новое исследование, опубликованное в журнале Precambrian Research, указывает на серьезное изменение окружающей среды и особые геохимические условия, которые могли способствовать возникновению сложной формы жизни в изоляции.

Биодиверсификация в два этапа

Чтобы проверить свою гипотезу (изменение окружающей среды, которое привело к большим размерам и удивительной сложности окаменелостей франсвиллии), ученые в новом исследовании смоделировали ряд биогеохимических условий в морской воде в этом регионе. Среди них были условия, преобладавшие в океане до того, как окаменелости достигли длины более 17 сантиметров, и до того, как они стали сегментированными, трубчатыми, лопастными и нитевидными.

Полученные данные показали, что в древней морской части этого района (датируемой 2,1 миллиарда лет назад) было удивительно высокое содержание фосфора. Его концентрация была сопоставима с той, которая способствовала биологической диверсификации 635 миллионов лет назад.

Исследователи считают, что это связано с интенсивной гидротермальной активностью, вызванной столкновением и таянием кратонов Конго и Сан-Франциско. Кратоны — это древние континентальные плиты, которые остались после таяния и разделения континентов и суперконтинентов около 500 миллионов лет назад. В результате этого регионального катаклизма образовалось мелководное внутреннее море, изолированное от остальных океанов и чрезвычайно богатое питательными веществами.

Такая изолированная среда благоприятствовала фотосинтезу цианобактерий, что значительно повысило уровень кислорода. Такая доступность ресурсов способствовала бы появлению сложных форм жизни в этом районе. "Это дало бы достаточно энергии для увеличения размеров тела и более сложного поведения, наблюдаемого у простых примитивных животноподобных форм жизни, таких как те, что встречаются в окаменелостях этого периода", — говорит Чи Фру.

Однако эта изоляция и враждебные условия, преобладавшие вне этой среды, вероятно, не позволили этим ранним формам жизни процветать в глобальном масштабе. Эти результаты позволяют предположить, что биологическая диверсификация происходила в два этапа, первый из которых оказался неудачным, а второй привел к появлению животного биоразнообразия, которое мы наблюдаем сегодня. В качестве следующего шага команда планирует продолжить изучение условий окружающей среды, которые могли привести к первой биодиверсификации.