Новое исследование проливает свет на эволюцию животных

Исследование под руководством Оксфордского университета приблизило нас к разгадке тайны, занимавшей натуралистов со времен Чарльза Дарвина: когда животные впервые появились в истории Земли? Исследование "Процессы фоссилизации и наше понимание древности животных" опубликовано в Trends in Ecology & Evolution.

Животные впервые появляются в летописи окаменелостей около 574 миллионов лет назад. Их появление выглядит как внезапный "взрыв" в породах кембрийского периода (от 539 до 485 миллионов лет назад) и, кажется, противоречит обычно постепенному темпу эволюционных изменений. Многие ученые (включая самого Дарвина) полагают, что первые животные на самом деле эволюционировали задолго до кембрия, но не могут объяснить, почему они отсутствуют в палеонтологической летописи.

Например, метод "молекулярных часов" предполагает, что животные впервые эволюционировали 800 миллионов лет назад, в ранней части неопротерозойской эры (от 1 000 до 539 миллионов лет назад). Этот подход использует скорость накопления мутаций в генах, чтобы определить момент времени, когда два или более ныне живущих вида в последний раз имели общего предка. Но хотя в породах раннего неопротерозоя содержатся ископаемые микроорганизмы, такие как бактерии и протисты, окаменелостей животных там не найдено.

Это создало дилемму для палеонтологов: переоценивает ли метод молекулярных часов момент появления животных? Или животные присутствовали в раннем неопротерозое, но были слишком мягкими и хрупкими, чтобы сохраниться?

Чтобы исследовать это, команда под руководством доктора Росса Андерсона из Департамента наук о Земле Оксфордского университета провела наиболее тщательную на сегодня оценку условий сохранности, которые могли бы захватить самые ранние окаменелости животных.

Ведущий автор доктор Росс Андерсон заявил: "Первые животные, предположительно, не имели минеральных раковин или скелетов и требовали исключительных условий для фоссилизации. Но некоторые кембрийские глинистые сланцы демонстрируют исключительную сохранность, даже мягких и хрупких тканей животных. Мы предположили, что если эти условия, известные как сохранность берджес-шелл-типа (BST), также имели место в неопротерозойских породах, то отсутствие окаменелостей будет свидетельствовать о реальном отсутствии животных в то время".

Исследовательская группа использовала ряд аналитических методов на образцах кембрийских глинистых сланцев почти с 20 участков, чтобы сравнить те, что содержат BST-окаменелости, с теми, где сохранились только минеральные остатки (например, трилобиты). Методы включали рентгеновскую спектроскопию с дисперсией энергии и рентгеновскую дифракцию, проведенные в Департаментах наук о Земле и материалов Оксфордского университета, а также инфракрасную спектроскопию в Diamond Light Source, британском национальном синхротроне.

Анализ показал, что окаменелости с исключительной сохранностью BST-типа были особенно обогащены антибактериальной глиной бертьерином. Образцы с содержанием бертьерина не менее 20% давали BST-окаменелости примерно в 90% случаев.

Микромасштабное минералогическое картирование BST-окаменелостей показало, что другая антибактериальная глина, каолинит, по-видимому, напрямую связывалась с разлагающимися тканями на ранней стадии, образуя защитный ореол во время фоссилизации.

"Присутствие этих глин было главным предиктором того, будут ли в породах BST-окаменелости", — сказал доктор Андерсон. "Это предполагает, что частицы глины действуют как антибактериальный барьер, предотвращающий разрушение органических материалов бактериями и другими микроорганизмами".

Затем исследователи применили эти методы для анализа образцов из многочисленных богатых окаменелостями неопротерозойских глинистых сланцев. Анализ показал, что большинство из них не имело состава, необходимого для BST-сохранности. Однако три местонахождения в Нунавуте (Канада), Сибири (Россия) и на Шпицбергене (Норвегия) имели состав, почти идентичный BST-породам кембрийского периода. Тем не менее, ни в одном из образцов с этих трех участков не было окаменелостей животных, хотя условия, вероятно, были благоприятны для их сохранения.

Доктор Андерсон добавил: "Сходство в распределении глин с окаменелостями в этих редких ранненеопротерозойских образцах и с исключительными кембрийскими отложениями предполагает, что в обоих случаях глины были прикреплены к разлагающимся тканям и что условия, способствующие BST-сохранности, имелись в оба временных периода. Это дает первое 'доказательство отсутствия' и поддерживает точку зрения, что животные еще не эволюционировали к раннему неопротерозою, вопреки некоторым оценкам молекулярных часов".

Согласно исследователям, работа предполагает возможный максимальный возраст происхождения животных около 789 миллионов лет: это минимальный расчетный возраст формации Шпицберген. Группа теперь намерена искать все более молодые неопротерозойские отложения с условиями для BST-сохранности. Это подтвердит возраст пород, в которых животные отсутствуют в летописи окаменелостей, потому что их действительно не было, а не потому, что условия не позволили им окаменеть. Они также планируют провести лабораторные эксперименты для изучения механизмов, лежащих в основе глиняно-органических взаимодействий при BST-сохранности.

Доктор Андерсон добавил: "Картирование состава этих пород в микромасштабе позволяет нам понять природу исключительной летописи окаменелостей так, как мы никогда не могли раньше. В конечном счете, это может помочь определить, как летопись окаменелостей может быть смещена в сторону сохранения определенных видов и тканей, изменяя наше восприятие биоразнообразия в разные геологические эры".