Древний вид цианобактерий был одним из первых, кто колонизировал сушу

Вид бактерий, живший 407 миллионов лет назад, процветал среди ранних наземных растений.

Детальные 3D-реконструкции окаменелостей, обнаруженных в Шотландии, помогают учёным понять, как микробная жизнь влияла на ранние наземные экосистемы.

Цианобактерии появились на раннем этапе истории нашей планеты и сыграли значительную роль в формировании жизни.

Эти микроорганизмы хорошо задокументированы в морских породах, но учёные пытаются понять больше о том, как они впервые колонизировали сушу.

Langiella scourfieldii — это вид цианобактерий из семейства Hapalosiphonaceae, который рос среди ранних наземных растений более 400 миллионов лет назад, в раннем девоне.

Новое исследование, опубликованное в iScience, показывает, что L. scourfieldii — древнейший известный вид Hapalosiphonaceae, колонизировавший сушу. Он процветал в почвах, пресной воде и горячих источниках, подобно своим современным родственникам.

«С помощью 3D-реконструкций мы смогли увидеть признаки ветвления — характерную черту цианобактерий Hapalosiphonaceae. Это захватывающе, потому что это самые ранние цианобактерии такого типа, найденные на суше», — говорит доктор Кристин Струллу-Деррьен, научный сотрудник Музея и ведущий автор исследования.

Что такое цианобактерии?

Цианобактерии — древняя группа микроорганизмов. Их окаменелости — одни из древнейших, когда-либо обнаруженных, самые старые из общепринятых датируются возрастом около 2 миллиардов лет.

Сегодня это одна из крупнейших и важнейших групп бактерий. Они живут в водной среде и вокруг неё практически повсюду на Земле: в океанах, пресной воде, влажной почве и даже в антарктических скалах.

Хотя они малы и обычно одноклеточны, цианобактерии часто образуют колонии, достаточно крупные, чтобы увидеть их невооружённым глазом, и известны своими обширными «цветениями», окрашивающими поверхность воды в сине-зелёный цвет.

Эти микроорганизмы сыграли значительную роль в эволюции жизни. Они осуществляют фотосинтез, подобно растениям, и помогли создать нашу богатую кислородом атмосферу.

Около 2,4 миллиарда лет назад массы фотосинтезирующих цианобактерий инициировали Великое кислородное событие, когда кислород начал заменять в атмосфере другие газы, такие как метан. Это привело к тому, что многие учёные называют первым массовым вымиранием на Земле, поскольку организмы, приспособленные к анаэробной жизни, начали вымирать.

Цианобактерии, вероятно, возникли в пресноводных средах, поэтому учёные полагают, что они начали колонизировать сушу на раннем этапе своей истории.

«Цианобактерии в раннем девоне играли ту же роль, что и сегодня. Некоторые организмы используют их в пищу, но они также важны для фотосинтеза. Мы узнали, что они уже присутствовали, когда растения только начали колонизировать сушу, и, возможно, даже конкурировали с ними за пространство», — говорит Кристин.

Как был обнаружен Langiella scourfieldii?

L. scourfieldii был впервые обнаружен в 1959 году вместе с двумя другими видами в фрагменте породы, найденном на местонахождении окаменелостей Райни-Черт в Абердиншире.

Первоначальные описания были основаны на образцах из коллекций Музея, но позже похожие образцы, обнаруженные в коллекциях Университета Сорбонны в Париже, были отнесены к тому же виду.

«Три вида цианобактерий, описанные в 1959 году, были описаны по небольшому кусочку породы, который очень трудно фотографировать и изучать. К счастью, мы нашли новые образцы из Райни-Черт, содержащие цианобактерии, которые можно было изучить более подробно с помощью конфокального микроскопа», — говорит Кристин.

Одна из главных характеристик этого типа бактерий — наличие так называемого «истинного ветвления». Это происходит, когда отдельные бактерии растут рядом друг с другом в линию, а некоторые линии ответвляются в разных направлениях, создавая древовидную структуру.

Хотя остатки цианобактерий относительно обычны в Райни-Черт, многие из них не демонстрируют этого истинного ветвления. Обнаружив его у L. scourfieldii, исследователи смогли подтвердить присутствие этих бактерий в данной экосистеме.

Как выглядел Райни-Черт в раннем девоне?

Более 400 миллионов лет назад ландшафт Абердиншира значительно отличался от современного.

Большая часть суши Земли находилась в Южном полушарии. Шотландия располагалась к югу от экватора, и климат там был тропическим или субтропическим.

Райни-Черт, в свою очередь, представлял собой песчаную равнину с мелкими водоёмами пресной или солоноватой воды. Вулканическая активность и горячие источники в этом районе делали его похожим на современный Йеллоустонский национальный парк.

Однако биоразнообразие выглядело совершенно иначе, поскольку ранний девон был эпохой до того, как леса и позвоночные стали доминировать на суше.

Вместо этого жизнь концентрировалась на влажных скалах у водоёмов. Они были покрыты микробными матами, состоящими из бактерий, водорослей и грибов.

Поскольку почва в то время была неглубокой, у растений не было сложных корневых систем, и они росли на этих микробных матах, прикрепляясь небольшими структурами, называемыми ризоидами.

В какой-то момент кремнезём, выделявшийся из горячих источников, осел вокруг органического материала, быстро сохранив его в кремнезёме (разновидность мелкокристаллического кварца). Исключительная сохранность этих организмов делает Райни-Черт местом глобальной важности для учёных.

«Райни-Черт — знаковое место, потому что ему 400 миллионов лет, и большая часть среды того времени сохранилась. Это единственное место, где можно найти следы всех организмов вместе: растений, животных, грибов, бактерий и водорослей. Можно увидеть взаимодействия между видами, которые там происходили», — говорит Кристин.