Симбиоз представляет собой биологическую связь между двумя организмами, обитающими в общей среде. Характер этого взаимодействия варьируется от взаимовыгодного до амбивалентного или наносящего ущерб одной из сторон.
Наиболее наглядным примером такого союза служат лишайники — устойчивое партнерство гриба и фотосинтезирующего организма (зеленой водоросли либо цианобактерии). Эти организмы играют значимую экологическую роль: они участвуют в формировании почвенного слоя, регулируют уровень влажности лесных массивов, включаются в круговорот питательных веществ для растений, а также служат пищей и укрытием для насекомых и некоторых видов млекопитающих. Несмотря на изученность их пользы для биосферы, точное время появления этой эволюционной стратегии долгое время оставалось предметом дискуссий.
Технологии против времени: как ученые заглянули внутрь камня
Для выяснения истоков данного явления группа исследователей из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук совместно с коллегами из Тринити-колледжа Дублина применила передовые методы микроскопии.
Первоначальной целью работы было формальное описание древнего ископаемого образца, о котором научное сообщество знало более двадцати лет, но которому ранее не присвоили корректного таксономического имени. С другой стороны, стремительное развитие методов визуализации позволило применить конфокальную лазерную сканирующую микроскопию (CLSM) для выявления скрытых особенностей микрофоссилий. Это дало возможность получить принципиально новые данные при повторном изучении старых находок.
Объектом анализа стали исключительно сохранившиеся микроокаменелости раннего эдиакарского периода из биоты Вэньань (месторождение Доушантуо Фм, провинция Гуйчжоу, Южный Китай). Данная локация знаменита тем, что ее породы сохранили клеточную структуру древних существ. Команда задействовала два высокоточных инструмента.
- Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (CLSM) позволила создать детальные трехмерные модели объектов. С ее помощью удалось реконструировать пространственное взаимодействие симбионтов внутри камня.
- Рамановская спектроскопия была использована для сопоставления химических сигнатур различных филаментов и клеток, запечатленных в породе.
Помимо химической структуры, команда детально проанализировала морфологию грибных нитей и водорослевых клеток. В результате был идентифицирован новый вид, получивший название Wenganomyces primitivus.
Архитектура первобытного союза
Изучение трехмерных моделей показало специфику контактов партнеров. Грибные нити взаимодействовали с фотосинтетическими клетками по двум сценариям: плотным охватом коккоидов путем изгибания своих гиф (окружение) либо боковым соприкосновением (тангенциальный контакт).
Сопоставив эти древние связи с архитектурой современных лишайников, исследователи пришли к выводу, что подобный тип отношений возник на очень раннем этапе эволюции. Выяснилось, что грибы и фотосинтезирующие клетки практиковали подобные союзы еще 600 миллионов лет назад.
Анализ показал постепенное усложнение этих связей. Партнерства становились все более структурированными и изощренными, что проложило путь для формирования современных сложных биологических комплексов. Специалисты зафиксировали типы контактов, которые ранее не описывались в научной литературе применительно к столь древним образцам.
Эволюционная траектория и дальнейшие планы
Полученные сведения дают новое представление о том, как именно могла протекать лихенизация — процесс становления грибково-водорослевого симбиоза. Результаты указывают на то, что кооперация данных групп организмов развивалась постепенно, повышая свою сложность со временем.
По словам автора исследования Кэ Панга, обнаруженные механизмы свидетельствуют о раннем развитии способности грибов вступать в союз с водорослями и цианобактериями. Ученый отмечает, что данная работа может послужить стимулом для других палеонтологических групп к изучению древних микроископаемых аналогичными методами.
В дальнейших планах международной команды — поиск новых образцов с признаками симбиотических связей в биоте Вэньань и смежных геологических комплексах. Обнаружение дополнительных примеров позволит составить максимально полную картину того, как на протяжении сотен миллионов лет трансформировались ассоциации грибов и водорослей.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Изображение: таллос с плотно распределенными нитями и коккоидами. Источник: Qu и др.
