Ученые изучили древние микроокаменелости из Бразилии и пришли к неожиданному выводу: структуры, которые раньше считали следами крошечных животных, на самом деле могли быть остатками сообществ микроскопических бактерий и водорослей.
Это открытие меняет прежние представления о том, когда на Земле появились мелкие животные. Оно также намекает, что около 540 миллионов лет назад уровень кислорода в древних океанах мог быть еще слишком низким для некоторых форм животной жизни.
Исследование было посвящено окаменелостям из бразильского штата Мату-Гросу-ду-Сул и опубликовано в журнале Gondwana Research. Ранее похожие отметины считали доказательством того, что в эдиакарский период по морскому дну уже передвигались червеобразные существа или другие маленькие животные. Этот период предшествовал кембрийскому взрыву — одному из важнейших событий в истории эволюции.
Но новый анализ показал другое.
«С помощью микротомографии и спектроскопии мы увидели, что микроокаменелости имеют клеточные структуры, иногда с сохранившимся органическим материалом. Это соответствует бактериям или водорослям того периода. Это не следы животных, которые могли пройти через эту область», — говорит Бруно Беккер-Кербер, первый автор исследования.
Он проводил эту работу во время постдокторских исследований в Институте геонаук Университета Сан-Паулу и в Бразильском центре исследований в области энергетики и материалов при поддержке FAPESP. Сейчас Беккер-Кербер продолжает постдокторскую работу в Гарвардском университете.
По его словам, если бы эти отметины действительно оставили животные, это было бы доказательством существования мейофауны в эдиакарский период. Мейофауна — это крошечные беспозвоночные длиной меньше одного миллиметра. Такая находка сильно сдвинула бы назад известную историю этих организмов.
Эдиакарский период был временем перед кембрийским взрывом, когда повышение уровня кислорода помогло сложным организмам быстро распространиться и разнообразиться в океанах. Ископаемые находки ясно показывают, что мейофауна существовала в кембрии. Но новое исследование говорит, что раньше она, возможно, не была представлена так, как предполагали некоторые ученые.
Исследователи заново изучили окаменелости, найденные в Корумбе, а также проанализировали новый материал из Бониту в регионе Серра-да-Бодокена. Оба места находятся в штате Мату-Гросу-ду-Сул и относятся к геологической формации Таменго.
Эти породы сформировались в мелководной морской среде на континентальном шельфе в финальные этапы образования Гондваны. Позже этот суперконтинент раскололся, и его части стали регионами, из которых сформировались Южная Америка и Африка.
Та же научная группа ранее описала в Мату-Гросу-ду-Сул окаменелость, которая может быть самым древним известным лишайником. Она моложе бактерий и водорослей, описанных в нынешнем исследовании.
Чтобы рассмотреть древние структуры максимально подробно, ученые использовали линию MOGNO на Sirius — ускорительном комплексе CNPEM в Кампинасе. Это позволило изучать окаменелости размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров.
Команда применяла микротомографию и нанотомографию. Эти методы дают изображения на крайне малых масштабах — вплоть до микрометров и нанометров.
«Когда у вас большая проба и вы хотите увидеть структуру внутри нее, разрешения часто не хватает. Линия MOGNO — одна из немногих в мире, где можно проводить так называемую зум-томографию: мы фокусируемся на объекте внутри образца и изучаем его на наномасштабе, не разрушая сам образец», — объясняет Беккер-Кербер.
Он отметил, что у более раннего исследования, где эти структуры приняли за следы животных, не было доступа к такому уровню визуализации.
Кроме того, ученые использовали рамановскую спектроскопию, чтобы изучить химический состав окаменелостей. Метод выявил органический материал в клеточных стенках. Это усилило версию о том, что перед исследователями сохранившиеся микробные тела, а не следы движения животных.
Некоторые образцы содержали пирит — минерал из железа и серы. По форме и химическому составу ученые предположили, что часть находок может быть сероокисляющими бактериями. Такие организмы используют серу в своем обмене веществ.
«Эта группа бактерий удивительна. Некоторые из крупнейших когда-либо зарегистрированных бактерий относятся именно к ней. В отличие от привычного представления о микроскопических бактериях, отдельные виды могут быть шире человеческого волоса и видимы невооруженным глазом», — говорит Беккер-Кербер.
Окаменелости не сохранили достаточно деталей, чтобы точно определить виды. Но исследователи обнаружили клетки, перегородки в клеточных стенках и следы органического вещества в образцах из нескольких мест. По словам команды, таких признаков не было бы, если бы структуры были просто следами, оставленными движущимися животными.
Окаменелости также делятся на три размерные группы. Это может означать, что несколько видов жили рядом в микробных сообществах. Самые крупные формы напоминают зеленые или красные водоросли, а более мелкие могут быть водорослями, цианобактериями или сероокисляющими бактериями.
«Есть вогнутые и выпуклые перегородки, свернутые нити, клетки без осадка, но с органическим веществом. Эти признаки гораздо ближе к бактериям или водорослям, чем к простым следам нарушения осадка животными», — заключает исследователь.
Новая работа дает ученым более четкое представление о мире до кембрийского взрыва. Она также может помочь лучше понять, какие условия подготовили Землю к появлению сложной животной жизни.
