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) 720-635 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, обнажая 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 изучение иных потенциальных убежищ эпохи «Земли-снежка».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
