Американские ученые нашли убедительное объяснение тому, как сложные формы жизни смогли пережить глобальное оледенение Земли 635–720 миллионов лет назад. Изучив современные аналоги в Антарктиде, они установили, что мелкие пруды с талой водой на поверхности льда содержали в себе удивительное разнообразие эукариот — наших древних одноклеточных предков, что проливает свет на один из ключевых механизмов выживания организмов в экстремальных условиях. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Согласно гипотезе Земли-снежка в истории нашей планеты были эпохи, когда она представляла собой одну бескрайнюю ледяную пустыню. Одно из таких глобальных оледенений пришлось на криогеновый период (криогений) от 720 до 635 миллионов лет назад. Средние температуры падали до чрезвычайно низких значений (-50 °C). Главный вопрос, давно волнующий ученых: где и как смогли уцелеть сложные организмы, в первую очередь — эукариоты? Клетки представителей этой группы имеют ядро и органеллы (микроскопические структуры, выполняющие различные функции), и именно от них произошли все известные многоклеточные организмы, включая растения, животных и нас самих. Ранее ученые предполагали, что убежищами, спасающими эукариот от экстремально низких температур, служили разного рода участки открытого океана, зоны вокруг гидротермальных источников или под ледниками. Однако в новой работе исследователи предложили иное объяснение: спасительными оазисами могли быть небольшие лужицы талой воды, образующиеся прямо на поверхности льда в экваториальных регионах. Там темный пылевой и органический мусор, вынесенный из глубин льда на поверхность, мог поглощать солнечное тепло, вызывая локальное таяние при температурах около 0 °C.
Чтобы проверить эту идею, ученые отправились на шельфовый ледник Мак-Мердо в Антарктиде — современный аналог условий Земли-снежка. Они собрали образцы из нескольких мелких талых прудов, каждый глубиной всего около метра и шириной в несколько метров. Эти пруды образуются благодаря особому процессу: вода, замерзающая до самого дна, захватывает темные осадки и органику, затем ветер сдувает верхний чистый слой льда и обнажает темный слой, который поглощает тепло и тает, образуя лужу посреди отражающего свет льда. Дно таких луж покрыто многослойными бактериальными матами, состоящими в основном из цианобактерий. Ученые применили два независимых метода для поиска эукариот, невидимых глазу среди этих матов, один из которых подразумевал анализ специфических липидов — стеролов, которые производят только эукариоты, а второй — генетический анализ рибосомной РНК (рРНК), уникальной для разных групп организмов. Это позволило точно идентифицировать присутствие и таксономическую принадлежность эукариот.
В результате эукариоты были обнаружены во всех без исключения исследованных лужах. Их разнообразие было довольно высоким: ученые нашли стеролы и гены, кодирующие рРНК, соответствующие различным типам водорослей, протистов (группа организмов, куда входят все эукариоты, не вошедшие в состав животных, грибов или растений) и микроскопических животных, представляющих все основные группы эукариот. При этом состав сообществ в каждом пруду был уникальным: «Ни один пруд не был похож на другой», — отмечает Фатима Хусейн из Массачусетского технологического института. Хотя повторялись одни и те же группы эукариот, их относительное обилие сильно варьировалось. Ключевую роль при этом играла соленость: лужи с солоноватой или соленой водой имели сходный состав сообществ, отличавшийся меньшим разнообразием по сравнению с лужами с пресной водой.
Открытие убедительно доказывает, что мелкие талые пруды, или лужи, на поверхности замерзшей воды в эпоху глобальных оледенений могли существовать и служить убежищами для сложных форм жизни. Кроме того, подобные оазисы посреди ледяной пустыни способствовали сохранению генетического и экологического разнообразия, что впоследствии повлияло на эволюцию многоклеточных организмов, включая человека. Дальнейшие исследования могут быть направлены на поиск прямых доказательств существования таких древних прудов в геологической летописи и на изучение иных потенциальных убежищ эпохи Земли-снежка.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
