←  Доисторические времена

Исторический форум: история России, всемирная история

»

Возникновение жизни на Земле

Фотография ddd ddd 26.07 2016

studytracing.jpg
Анализ самых древних генов в геномах всех живых существ показал, что так называемый "Лука" – общий предок всех существующих сегодня организмов – жил в теплой, безкислородной и богатой минералами воде, вероятно в горячих гейзерах или вулканических озерах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Microbiology.

В последние годы все большее количество эволюционистов-биологов приходит к мысли о том, что жизнь могла зародиться не в океанах Земли, а на поверхности суши, в озерах и у жерл гейзеров и вулканов. В пользу этого говорит то, что на суше присутствовал ряд критически важных элементов, в том числе молибден, бор и азот, которых было крайне мало в "супе" первичного океана.
luca_1300716lato.jpg

К такому выводу постепенно приходят и генетики – Уильям Мартин (William Martin) из университета Дюссельдорфа (Германия) и его коллеги заявляют, что им удалось найти следы того, что первый организм на Земле, которого ученые называют "Лукой" (Last Universal Common Ancestor – последний всеобщий предок), жил в вулканических гейзерах или озерах.

Как объясняют ученые, главная проблема при "реставрации" образа биологического Луки заключается в том, что микробы обмениваются генами не только "вертикально", передавая их своему потомству, но и "горизонтально", обмениваясь обрывками ДНК или даже целыми хромосомами с другими видами и родами бактерий и архей.

Благодаря этому самые распространенные гены нельзя использовать, как в случае с многоклеточными существами, в качестве самых древних и общих черт организма. Они, вполне возможно, могли распространиться среди микробов недавно в результате горизонтального обмена ДНК и вымирания тех подвидов бактерий и архей, которые не приобрели этих генов.
640px-Phylogenetic_tree.jpg
Мартин и его коллеги решили эту проблему крайне простым способом – они включали в свой анализ только те гены, которые распространялись лишь вертикальным образом (к примеру, они должны были присутствовать в геномах как минимум двух видов архей и бактерий).

В общей сложности ученые проанализировали свыше шести миллионов генов и 286 тысяч семейств генов, из которых лишь 355 семейств удовлетворяли всем критериям "вертикальности". Их анализ помог ученым выделить те черты, которыми обладал "Лука" и понять, где он мог обитать 3,5-3,3 миллиарда лет назад, когда предположительно появилась жизнь на Земле.


 
Как признаются генетики, здесь особых усилий от них не потребовалось – эти три сотни семейств генов не были случайным набором "обрывков" ДНК с разными функциями, а вполне конкретным набором "инструкций по выживанию" в одной и той же среде и инструментом по добыче одного вида пищи.

Так, "Лука", судя по присутствию в его геноме белков, необходимых для жизни в горячей среде, обитал внутри геотермальных источников или вулканических озер, полностью лишенных кислорода, и получал энергию, извлекая ее из разницы в концентрации различных ионов, а также питался водородом и углекислотой.

1-studytracing.jpg
Scanning electron micrograph of Clostridium difficile bacteria from a stool sample. Credit: CDC/ Lois S. Wiggs/wikimedia

 

Означает ли это, что жизнь на Земле началась в водах гейзеров и вулканических озер? Скорее всего да, однако ученые оставляют возможность того, что предки "Луки", возникшие из неживых "кирпичиков" жизни, могли обитать в иной среде, и переселиться поближе к вулканам позже, в результате действия среды или конкуренции с их вымершими современниками, которые, в отличие от "Луки", могли не дожить до наших времен.

Ответить

Фотография Гаянэ Гаянэ 03.08 2016

Первый случай массового вымирания организмов

Aspidella.jpg

Окаменелости, недавно обнаруженные в Намибии, добавили веса теории, согласно которой первый случай массового вымирания древнейших организмов был вызван появлением первых животных.
 

Самое первое массовое вымирание, известное как Эдиакарское, произошло 540 миллионов лет назад. В результате этого представители Эдиакарской биоты - древнейшие многоклеточные микроорганизмы - полностью прекратили своё существование.
 

Долгое время ученые не могли найти причину этого события. Последнее исследование, опубликованное в журнале Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, предполагает, что эволюционировавшие биологические организмы, так называемые «эдификаторы», изменили окружающую среду настолько, что это привело к гибели биоты.
 

На протяжении более 3 миллиардов лет на земле господствовали микробы – различные виды одноклеточных организмов. Всё это изменилось с появлением многоклеточных, в том числе и Эдиакарской фауны. Около 600 миллионов лет назад биота распространилась по всей планете, и, как правило, представляла собой сидячие организмы, форма тела которых напоминала диски, трубки, мешки и «стеганые одеяла».
 

Первые доказательства существования Эдиакарской биоты были найдены в 1946 году в Эдиакарских холмах в Южной Австралии. Это стало поворотным моментом в изучении эволюции и доказывало существование жизни на Земле задолго до «Кембрийского взрыва».
 

Через 60 миллионов лет после начала Эдиакарского периода произошли ещё одни эволюционные преобразования, в результате которых появились первые животные, способные самостоятельно передвигаться. Своим появлением они ознаменовали начало Кембрийского взрыва – периода, длившегося 25 миллионов лет, во время которого увеличилось биоразнообразие: возникли позвоночные, членистоногие, губчатые, медузы, моллюски и кольчатые черви. Однако к концу этого периода все представители Эдиакарской биоты погибли.
 

Выдвигались различные теории, пытающиеся объяснить массовое вымирание биоты. Существуют две основные точки зрения. Первая заключается в том, что радикальные изменения окружающей среды, например, изменения уровня Мирового океана, привели к гибели этих организмов. Вторая предполагает, что виной всему вызванные животными изменения экосистемы.
 

Ученые, проводящие недавнее исследование, взяли за основу последнюю точку зрения. «Новые виды были своего рода «эдификаторами», изменившими под себя окружающую среду, условия которой стали неблагоприятными для Эдиакарской биоты», - рассказал Саймон Дарроу, доцент кафедры энвироники и геонаук в университете Вандербилта, а также ведущий автор данного исследования.
 

Дарроу и его коллеги предполагают, что в Эдиакарский период животные и представители Эдиакарской фауны сосуществовали в одном сообществе.
 

«Раньше не было точных подтверждений такого сосуществования, - пояснил Дарроу. – В данном исследовании мы изучали окаменелости из Южной Намибии: останки мягкотелых представителей Эдиакарской биоты, загадочные трубчатые организмы, предположительно относящиеся к царству животных, а также следы жизнедеятельности других организмов. Хотя точную видовую принадлежность последних трудно установить, по структуре они напоминают конусообразные особи, известные как Conichnus, которые появились в Кембрийский период».
 

Хотя это не дает нам точного ответа на вопрос, что же произошло с Эдиакарской фауной, окаменелости помогут расширить наши представления о взаимодействии различных организмов в Эдиакарский период и о массовом вымирании в целом. «В данном исследовании мы сосредоточились на выяснении причин гибели биоты. Мы обнаружили новые окаменелости, которые указывают на то, что первые животные и Эдиакарская биота могли сосуществовать», - отметил Дарроу.
 

Несмотря на то, что эти события произошли миллионы лет назад, исчезновение Эдиакарской фауны может иметь негативные последствия. «Есть удивительное сходство между первым вымиранием и тем, что происходит сейчас, - поделился Дарроу. – Эдиакарское вымирание показывает, к чему может привести изменение окружающей среды нами, людьми».

Ответить

Фотография ddd ddd 19.08 2017

Как водоросли изменили жизнь на Земле
Роланд Пиз

Би-би-си

Биомолекулы содержались в нефти, извлеченной из скальных пород
Заселив 650 миллионов лет назад Землю, океанские водоросли изменили жизнь на планете.

Научный журнал Nature опубликовал исследования геохимиков, основанные на микроскопических следах биомолекул, обнаруженных в австралийской пустыне.

По мнению авторов исследования, эти следы свидетельствуют о взрывном росте числа водорослей в океанах, который привел к изменениям в пищевой цепи, предоставив жизненно важные ресурсы микроскопическим организмам и позволив им эволюционировать.

Ведущий исследователь Джокен Брокс рассказал в программе Action на канале BBC Science, что этот процесс стал одним из самых серьезных экологических и эволюционных сдвигов в истории Земли.

Случилось это за сотни миллионов лет до так называемого Кембрийского взрыва, когда по всему земному шару отмечается резкий рост числа ископаемых останков живых существ с раковинами и экзоскелетами. Еще Чарльз Дарвин ломал голову над этим явлением, которое заставляло задумываться о существовании доисторической биологии.

Следы этих предшественников многоклеточных организмов, разбросанные по планете, находили и ранее, но вот "личность" проводника, который способствовал их эволюции, вызывала многочисленные вопросы.

Палеонтолог Кембриджского университета Ник Баттерфилд согласен, что этот период стал, возможно, самым революционным для всей истории Земли, и не только из-за стремительных биологических изменений в облике планеты, но и благодаря серьезным климатическим колебаниям, о которых ученые давно догадывались.

Условия на планете были тогда максимально благоприятными для жизни: обширные океаны и мягкий климат. Тем не менее, большинство ученых сходится во мнении, что на протяжении более трех миллиардов лет на Земле господствовала одноклеточная форма жизни, представленная, в основном, бактериями, а эволюционные изменения, случившиеся тот момент, были незначительными.

Водоросли стали более сложной формой, чем бактерии, но все еще одноклеточной. Период их господства, длившийся более миллиона лет и который некоторые палеонтологи называют "скучным миллионом", не имел серьезных последствий для экологии планеты.

Возраст ископаемых остатков сложных организмов - более 600 миллионов лет
Будучи эукариотами (то есть организмами, ДНК которых надежно упакована внутри клеточного ядра, как и у всех современных животных и растений), эти водоросли имели эволюционное преимущество перед бактериями, которое, впрочем, не могли реализовать.

Как показывает последнее исследование, все изменилось 650 миллионов лет назад.

Не имея в своем распоряжении окаменелостей этих водорослей, Брокс и его команда из Австралийского национального университета смогла, тем не менее, обнаружить молекулярные остатки стенок их клеток. Такие молекулы во многом схожи с человеческим холестерином.

"Жир - самый устойчивый компонент любого организма!" - говорит Брокс.

После того, как все клетки разрушились, а их следы исчезли, молекулы жира все еще сохранялись и были впоследствии поглощены другими отложениями, а затем законсервированы в скальных породах Австралии, чтобы быть извлеченными и исследованными сотни миллионов лет спустя.

Результаты этих исследований служат для Брокса доказательством того, что популяция водорослей увеличилась в сотни или тысячи раз, а разнообразие их видов резко возросло и напоминало необратимый "большой взрыв".

Этот скачок, возможно, случился сразу после одной из величайших экологических катастроф, с которыми сталкивалась планета: согласно одной из гипотез, которая получила название "Земля-снежок", на протяжении длительного времени весь земной шар от полюса до полюса был покрыт льдом, и даже на экваторе температура упала до 60 градусов ниже нуля.

Этот период продолжался 50 миллионов лет, после чего накопленный в атмосфере вулканический газ вызвал парниковый эффект, что привело к таянию льдов в ходе последовавшего катаклизма.

Исследования проводили Амбер Джаррет и Джокен Брокс из Австралийского национального университета.

Брокс считает, что движение ледников вызвало разрушение скальных пород и как результат - высвобождение фосфатов, служащих питательными веществами для водорослей, которые затем попали в океан.

"Зеленая революция" - аграрная реформа, направленная на интенсификацию сельскохозяйственного производства, своим успехом во многом обязана использованию фосфатов, добываемых по всему миру в огромных карьерах. Возможно, и "Докембрийская биологическая революция" также стала возможной благодаря им.

"Наступление водорослей происходило одновременно с появлением животных, - объясняет Брокс. - Став фундаментом пищевой пирамиды, водоросли представляли собой пищу и источник энергии для более крупных и сложных организмов, дав им возможность эволюционировать".

Ноа Планавски из Йельского университета, чье исследование отмечает резкий всплеск количества фосфатов после периода "Земли-снежка", также считает последние открытия невероятно важными. "Это первое свидетельство того, как эукариоты стали доминирующей формой жизни" - заявил он Би-би-си.

Ему вторит и Эндрю Кнолл из Гарвардского университета - ведущий мировой специалист по Докембрийскому периоду, называя новое исследование существенным вкладом в раскрытие связей между ходом жизни на планете и состоянием окружающей среды в критические моменты эволюции.

"Новые источники пищевых ресурсов могли способствовать распространению животных на Земле", - говорит ученый, добавляя при этом, что ряд ключевых вопросов до сих пор остается без ответа.

Роджер Саммонс, который ранее сотрудничал с Броксом, рассказывает о проделанной кропотливой работе, благодаря которой микроскопические частицы докембрийской нефти были извлечены из сохранившихся загрязнений: "Я восхищен интуицией Джокена и его упорством, результат исследования показывает, как в конечном итоге вознаграждается пристальное внимание к деталям."

При этом ученый не считает историю законченной. Как и его коллега Ник Баттерфилд из Кембриджского университета, который не согласен с выводами, полученными в результате исследования.
Он считает, что Брокс путает причину и следствие: "Нашествие водорослей не могло вызвать рост популяции животных. Не существует никаких доказательств того, что эволюции животных мешал недостаток пищи. Напротив, распространение животных организмов - губки, если быть точным - создало благоприятные экологические условия для водорослей."

Полемика Брокса и Баттерфилда продолжилась на этой неделе в ходе конференции Голдсмита в Париже. Брокс настаивает на том, что взрывной рост водорослей 650 миллионов лет назад дал сильнейший толчок для "гонки вооружений", в ходе которой крупные живые организмы, черпающие жизненно важные ресурсы из океанских недр, сами становились пищей для еще более крупных, способствуя их развитию.
Результатом этого сложного процесса стало многообразие видов, которое мы наблюдаем сегодня.
Ответить

Фотография ddd ddd 20.12 2017

Новые данные показывают, что возникновение жизни заняло исключительно мало времени — она появилась раньше чем 3,5 миллиарда лет назад

Исследователи из США пришли к выводу, что окаменелости из ЗападнойАвстралии являются надежным подтверждением того факта, что жизнь существовала более 3,5 миллиардов лет назад. Она возникла практически сразу после стабилизации земной коры, до того расплавленной под действием множества ударов астероидов. Соответствующая статья опубликована вProceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые использовали масс-спектрометрию вторичных ионов для анализа соотношения атомов углерода-12 и углерода-13 в образцах австралийских горных пород, возраст которых — более 3,5 миллиардов лет. Это самая чувствительная из существующих методик анализа поверхностей, способная обнаружить присутствие буквально одного «нужного» атома на миллиард атомов образца.

В одном из образцов пород исследователи обнаружили микроокаменелости диаметром около 10 микрометров. Рядом с ними было повышенное соотношение углерода-13 к углероду-12. Так бывает если это останки живого организма — биота предпочитает забирать из окружающей среды атомы полегче, отчего соотношение более тяжелых и более легких атомов углерода изменяется. В той части образца породы, где этих микроокаменелостей не было, соотношение разных изотопов углерода не несло такой аномалии. Из этого исследователи делают вывод, что найденные ими окаменелости малых размеров — это микросферы на месте, где ранее были микроорганизмы.

Авторы работы, базируясь на соотношении изотопов (с его помощью они рассчитывали метаболизм ископаемых живых существ), пришли к выводу, что в окаменелостях содержатся следы жизнедеятельности разных организмов. Часть из них были фототрофами, то есть использовали солнечные лучи как источник энергии. Другие по метаболизму близки к археям (одноклеточным, не идентичным бактериям), производящим метан. Другие похожи на гамма-протеобактерии, потребляющие метан.

Если их выводы верны, то более чем 3,5 миллиарда лет назад на Земле была не просто жизнь, а целая экосистема с автотрофами и гетеротрофами, принадлежавшими к сравнительно специализированным организмам. Такое сообщество не может появиться мгновенно. Следовательно, самый первый живой организм возник заметно раньше этой даты. До сих пор считалось, что миллиарды лет назад жизнь на Земле была сравнительно простой, а существовавшие организмы — не слишком специализированными.

Ответить