Umelcova vizualizácia zoskupenia skorých eukaryotických organizmov „protosterolovej bioty“ žijúcich v bakteriálnej podložke na dne oceánu. Na základe molekulárnych fosílií žili organizmy protosterolovej bioty v oceánoch približne pred 1,6 až 1,0 miliardou rokov a sú našimi najstaršími predkami. Kredit: Orchestrated at Midjourney by TA2023
Doteraz boli niektoré biomarkery, „protosteroidy“, prehliadané ako fosílni svedkovia raného života.
Nedávno objavené biomarkerové podpisy poukazujú na celý rad predtým neznámych organizmov, ktoré dominovali zložitému životu na Zemi asi pred miliardou rokov. Od zložitého eukaryotického života, ako ho poznáme, ako sú zvieratá, rastliny a riasy, sa líšili svojou bunkovou štruktúrou a potenciálnym metabolizmom, ktoré boli prispôsobené svetu s oveľa menším množstvom kyslíka v atmosfére ako dnes. Medzinárodný tím výskumníkov vrátane geochemika GFZ Christiana Hollmanna teraz informuje o tomto prelomovom objave v oblasti evolučnej geológie v časopise Nature.
Ukázalo sa, že doteraz neznáme „protosteroidy“ boli v stredoveku Zeme prekvapivo hojné. Najskoršie molekuly boli produkované v skoršom štádiu eukaryotickej zložitosti – súčasný záznam fosílnych steroidov siahal pred viac ako 800 až 1 600 miliónmi rokov. Eukaryoty je termín pre kráľovstvo života, ktoré zahŕňa všetky živočíchy, rastliny a riasy a líši sa od baktérií komplexnou bunkovou štruktúrou, ktorá zahŕňa jadro, ako aj zložitejší molekulárny mechanizmus.
„Hlavným momentom tohto objavu nie je len rozšírenie súčasného molekulárneho záznamu eukaryotov,“ hovorí Hollmann: „Vzhľadom na to, že sme boli schopní produkovať „bežné“ moderné steroly, posledného spoločného predka všetkých moderných eukaryotov vrátane ľudí. je vysoká pravdepodobnosť, že eukaryoty zodpovedné za tieto vzácne podpisy patria do kmeňa fylogenetického stromu.
Bezprecedentné pohľady na stratený svet
Tento „stonok“ predstavuje spoločnú rodovú líniu, ktorá bola predchodcom všetkých ešte žijúcich vetiev eukaryotov. Jeho zástupcovia už dávno vyhynuli, no opis ich povahy môže vrhnúť viac svetla na podmienky vývoja zložitého života. Hoci je potrebný ďalší výskum na vyhodnotenie toho, aké percento protosteroidov môže mať vzácny bakteriálny zdroj, objav týchto nových molekúl nielen zosúlaďuje geologický záznam tradičných fosílií s molekulami fosílnych lipidov, ale poskytuje aj vzácny a bezprecedentný pohľad. Stratený svet starovekého života. Konkurenčný zánik eukaryotov, kmeňovej skupiny poznačenej prvým objavením sa moderných fosílnych steroidov asi pred 800 miliónmi rokov, môže odrážať jednu z najdôležitejších udalostí vo vývoji čoraz zložitejšieho života.
„Takmer všetky eukaryoty biosyntetizujú steroidy, ako je cholesterol, ktorý produkujú ľudia a väčšina ostatných zvierat,“ hovorí Benjamin Nettersheim z University of Bremen, prvý autor štúdie – „kvôli potenciálne nepriaznivým zdravotným účinkom hladín cholesterolu u ľudí. Cholesterol nemá z lekárskeho hľadiska najlepšiu povesť. Tieto molekuly lipidov sú však neoddeliteľnou súčasťou membrán eukaryotických buniek, kde pomáhajú pri rôznych fyziologických funkciách. Objavením fosílnych steroidov v starých horninách čoraz viac začína chápať úlohu zložitého života.vývoj možno vysledovať.
To, čo laureáti Nobelovej ceny považovali za nemožné…
Nositeľ Nobelovej ceny Konrad Bloch špekuloval o takomto biomarkeri v eseji pred takmer 30 rokmi. Bloch naznačil, že medziprodukty s krátkou životnosťou nemusia byť vždy medziproduktmi v modernej biosyntéze steroidov. Veril, že biosyntéza lipidov sa vyvíjala paralelne s meniacimi sa podmienkami prostredia v celej histórii Zeme. Na rozdiel od Blocha, ktorý si nemyslel, že by sa tieto staré medziprodukty mohli niekedy nájsť, Nettersheim začal hľadať protosteroidy v starovekých horninách, ktoré boli uložené v čase, keď tieto medziprodukty mohli byť v skutočnosti konečným produktom.
Ale ako nájsť takéto molekuly v starých horninách? „Najprv sme použili kombináciu techník na premenu rôznych moderných steroidov na ich fosílne ekvivalenty; Inak by sme ani nevedeli, čo máme hľadať, “hovorí profesor Jochen Broecks[{“ attribute=““>Australian National University who shares the first-authorship of the new study with Nettersheim. Scientists had overlooked these molecules for decades because they do not conform to typical molecular search images. “Once we knew our target, we discovered that dozens of other rocks, taken from billion-year-old waterways across the world, were oozing with similar fossil molecules.”
The oldest samples with the biomarker are from the Barney Creek Formation in Australia and are 1.64 billion years old. The rock record of the next 800 Million years only yields fossil molecules of primordial eukaryotes before molecular signatures of modern eukaryotes first appear in the Tonian period. According to Nettersheim “the Tonian Transformation emerges as one of the most profound ecological turning points in our planet’s history.” Hallmann adds that “both primordial stem groups and modern eukaryotic representatives such as red algae may have lived side by side for many hundreds of millions of years.”
During this time, however, the Earth’s atmosphere became increasingly enriched with oxygen — a metabolic product of cyanobacteria and of the first eukaryotic algae that would have been toxic to many other organisms. Later, global “Snowball Earth” glaciations occurred and the protosterol communities largely died out. The last common ancestor of all living eukaryotes may have lived 1.2 to 1.8 billion years ago. Its descendants were likely better able to survive heat and cold as well as UV radiation and displaced their primordial relatives.
Since all stem group eukaryotes are long extinct, we will never know for certain how most of our early relatives looked like, but artistic efforts have created tentative visualizations (see pictures attached), while the primordial steroids may eventually shed more light on their biochemistry and lifestyle. “Earth was a microbial world for much of its history and left few traces.” Nettersheim concludes. Research at ANU, MARUM, and GFZ continues to pursue tracing the roots of our existence — the discovery of protosterols now brings us one step closer to understanding how our earliest ancestors lived and evolved.
For more on this research:
Reference: “Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown” by Jochen J. Brocks, Benjamin J. Nettersheim, Pierre Adam, Philippe Schaeffer, Amber J. M. Jarrett, Nur Güneli, Tharika Liyanage, Lennart M. van Maldegem, Christian Hallmann and Janet M. Hope, 7 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w
