Кубанский государственный технологический университет

Древнейшие докембрийские эмбрионы оказались бактериями?

22-04-2012
Клетки гигантской серобактерии Thiomargarita из зоны апвеллинга Намибии. Возможно, именно эти организмы были матрицей микроокаменелостей Доушаньтуо. Фото с сайта www.mpi-bremen.de

Американские ученые вновь возвращаются к обсуждению загадочных находок в отложениях Доушаньтуо в Китае. Среди древнейших окаменелостей Доушаньтуо часто встречаются микрошарики и кластеры шариков.

Принято считать, что это яйца и ранние эмбрионы многоклеточных животных. В научном мире ведутся горячие споры: какому типу животных могли принадлежать эти эмбрионы? И вот предложена оригинальная интерпретация находкам: всё это, возможно, остатки гигантских серобактерий. В материалах исследователей оказались современные серобактерии, по размерам, форме, деталям строения подобные окаменевшим образованиям Доушаньтуо.

В своей публикации американские специалисты из Университета южной Калифорнии и Университета Джорджии дают совершенно новую интерпретацию знаменитым окаменелостям из Доушаньтуо (Doushantuo). Местонахождение Доушаньтуо открыто около 20 лет назад. С ним связаны изумительные открытия ископаемых докембрийского возраста (около 580 млн лет назад) — это самые ранние находки явных многоклеточных животных: губок, кишечнополостных, билатеральных червей; известны также и замечательной сохранности отпечатки крупных водорослей.

Но взрослые (хоть и микроскопические!) многоклеточные в этих отложениях редки, чаще встречаются шарики и кластеры шариков, которые признаны яйцами и ранними эмбрионами многоклеточных животных. Вот они-то и составляют самую обильную часть находок Доушаньтуо. С ними связаны и рассуждения об условиях фоссилизации мягкотелых и их яиц. Вполне логично прозвучало утверждение, что яйца и ранние эмбрионы могли сохраниться только при наличии плотных эмбриональных оболочек, защищающих эмбрионы от разрушительного воздействия разлагающих бактерий (см. Эксперименты 600-миллионолетней давности, «Элементы», 04.04.2006). Только в этом случае эмбрионы могли сохранить четкую форму. Тонкие остатки таких пленок найдены на некоторых эмбрионах, но не на всех. Очевидно, что после выхода из эмбриональных оболочек эмбрионы мгновенно прекращали дробление и погибали, столь ядовитой была для них та сероводородная и бескислородная среда, в которой формировались осадки Доушаньтуо.

Thiomargarita, а справа (a`,b`,c`,d`) — окаменелые яйца и эмбрионы. Фото из обсуждаемой статьи в Nature" border="0" width="300" height="560"> Слева (a,b,c,d) — серобактерия Thiomargarita, а справа (a',b',c',d') — окаменелые яйца и эмбрионы. Фото из обсуждаемой статьи в Nature

Здесь, однако, остается место для мучительных вопросов: почему шаровидные яйцеклетки не имеют никакой внешней скульптуры или пор на поверхности? Почему одно- или двухклеточных эмбрионов много, а с большим числом клеток — мало; обычно у современных животных всё наоборот, потому что дробление происходит быстро, за час-два? Эмбриональные чехлы многими специалистами признаются посмертными минеральными наслоениями. И наконец, самый главный вопрос: какому типу животных могли принадлежать эти ранние стадии развития (см. Древнейшие эмбрионы: чьи же они?, «Элементы», 23.10.2006). Это не водоросли — у их клеток были мягкие стенки, это не губки — у более поздних эмбрионов не было эмбрионального рта бластоцеля, и клетки все одинакового размера, это и не кишечнополостные — у них бластула без эпителия.

Неожиданное решение ученые увидели, изучая недавно открытые серные бактерии глубоких океанических вод. Несколько лет назад в водах Мексиканского залива, в глубоких бескислородных слоях, были обнаружены гигантские бактерии Thiomargarita. Их размеры от 0,1 до 0,75 мм, для бактерий — это поистине рекордные показатели. Эти гиганты для окисления органики используют нитраты, превращая нитраты в азот. Это так называемое нитратное дыхание (см. Если нет кислорода, можно дышать нитратами, «Элементы», 12.09.2006). Кислород нитратов переходит на сульфиды, образуя сульфаты. Запасы азота в клетке сконцентрированы в центральной вакуоли, другие клеточные органеллы расположены по периферии клетки. Клетки Thiomargarita окружены гликопротеидным чехлом.

Иногда гигантские клетки делятся, образуя дуплеты или другие, кратные двум, кластеры. На поверхности клеток почти всегда имеются симбиотические нитчатые или сферические сульфатредуцирующие бактерии, им для жизнедеятельности нужны как раз сульфаты, которые являются продуктом нитратного дыхания Thiomargarita. Весь этот бактериальный комплекс катализирует осаждение фосфатов — если геолог в далеком будущем нашел бы места обитания Thiomargarita, то это были бы богатейшие залежи фосфоритов. Именно таким фосфоритовым отложением и является местонахождение Доушаньтуо. Так что вполне логично предположить, что и в древних осадках фосфориты концентрировались при участии комплекса серобактерий.

Так же логично предположение, что этими бактериями могли быть организмы, подобные Thiomargarita. И где же они в Доушаньтуо? Этими серобактериями вполне могут быть наши старые знакомые, принимаемые за яйца и эмбрионы многоклеточных. Они имеют сходные с серобактериями размеры, совершенно такое же дробление клеток в трех плоскостях, в результате которого получаются кластеры с числом клеток, кратным двум. Мало того, у серобактерий больше всего одноклеточных образований, двухклеточных меньше, редки кластеры из 8 и более клеток — точь-в-точь как и у загадочных окаменевших эмбрионов. Поверхность клеток и у тех и у других гладкая, и те и другие окружены фосфатной оболочкой.

Слева — серобактерия, справа — эмбрион; стрелками показаны сходные по форме и размерам нитчатые образования на поверхности живых и ископаемых клеток (длина масштабной линейки: слева 50 мкм, справа 100 мкм). Фото из обсуждаемой статьи в Nature

А что касается многочисленных симбионтов на поверхности Thiomargarita, то окаменевшие нитчатые образования видны кое-где и на поверхности древних эмбрионов. Эти разительные черты морфологического сходства вместе с логичным объяснением условий накопления фосфоритового осадка заставляют внимательно отнестись к этой смелой гипотезе. Можно не сомневаться, что вскоре в печати мы увидим профессиональные комментарии к этой статье.

Сами авторы заключают: «Мы не предполагаем, что все яйца и эмбрионы являются серобактериями, потому что у ископаемых Доушаньтуо имеется множество очевидно небактериальных структур. Однако обе гипотезы — бактериальная и эмбриональная — не исключают друг друга, а дополняют. Мы лишь выдвигаем альтернативную интерпретацию наиболее многочисленных остатков сфероидных (Megasphaera inornata) и сборных сфероидных (Parapandorina) фоссилий».

Источник: Jake V. Bailey, Samantha B. Joye, Karen M. Kalanetra, Beverly E. Flood, Frank A. Corsetti. Evidence of giant sulphur bacteria in Neoproterozoic phosphorites // Nature. 2007. V. 445. P. 198-201.

Елена Наймарк

‹‹