10 февраля 2021
• Елена Наймарк •
Новости науки на «Элементах» • Палеонтология, Микология, Эволюция
Рис. 1. Исходный материал, в котором ученые нашли ранние сухопутные грибы. Слева — древняя карстовая полость в доломитовом слое (обведена белым пунктиром), в которой заключена силикатная порода, образовавшаяся на месте выхода гидротермального источника (обведено желтым пунктиром). Справа — шлиф образцов, на которых видны доломит и халцедон, заполнивший карстовую трещину. прямоугольниками обведены области с грибными нитями. Эти фотографии дают представление о том, с чем работают палеонтологи и сколько шагов нужно пройти от находок каменного материала (который еще нужно найти!) до выводов об эволюции жизни на нашей планете. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications
Китайские палеонтологи описали нитчатые микрофоссилии возрастом 635 млн лет, найденные в формации Доушаньтуо. Морфологические признаки этих нитчатых организмов указывают на то, что это грибы со спорами, скорее всего, зигомицеты. Но важнее даже не столько таксономическое положение этих грибов, сколько их местообитание. Опираясь на минералогию образцов и их расположение в древних карстовых полостях и трещинах, авторы делают вывод об их наземной, а не морской природе. А это означает, что в раннеэдиакарское время грибы уже освоили сушу, и вместе с бактериями и водорослями составляли наземный биоценоз. Прежде считалось, что грибы появились на суше примерно 470 млн лет назад.
«Элементы» продолжают отслеживать научные открытия на тему древнейших грибов. В журнале Nature Communications недавно была опубликована статья китайских палеонтологов, представляющих ряд китайских и американских научных лабораторий. Работой руководили Тайи Ло (Taiyi Luo) из Института геохимии в Гуйяне, Ке Пан (Ke Pang) из Института геологии и палеонтологии в Нанкине и Шухай Сяо (Shuhai Xiao) из Политехнического университета Виргинии. В этой статье обсуждаются находки грибных микрофоссилий возрастом 635 млн лет. Наших читателей такой «молодой» возраст, вероятно, разочарует, потому что уже известны грибы гораздо более древние, населявшие планету более 1 млрд лет назад (см. Ископаемые грибы возрастом миллиард лет близки к точке расхождения грибов и животных, «Элементы», 22.05.2019). В чем же тогда наш интерес? А в том, что новые ископаемые грибы жили не в море, а на суше. А это значит, что 635 млн лет назад суша уже была заселена грибами: водоросли, бактерии, одноклеточные эукариоты на ней уже обитали, а теперь выясняется, что вместе со всей этой микробратией сосуществовали и грибы.
Итак, представим ископаемые, которые позволили китайским палеонтологам отправить грибы на сушу в самом начале эдиакарского периода. Они представляют собой многочисленные переплетенные и ветвящиеся нити (рис. 2). По толщине эти нити делятся на две четко разграниченные группы: в первой группе толщина нитей лежит в диапазоне 2–3,5 мкм, во второй — в диапазоне 5–9 мкм. Нити иногда соединяются перемычками. Вдоль нитей, на концах веточек и в V-образных развилках расположены мелкие полые сферы (диаметром около 20 мкм). Также к нитям вплотную примыкают и даже сливаются с ними более крупные сферы (в среднем их размер составляет 60 мкм).
Рис. 2. Так выглядят микрофоссилии в шлифах. На изображениях e и f стенки нити прозрачные, перегородок между клетками не видно. Как выглядят нити в объеме, можно увидеть на видео из дополнительных материалов. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Теперь важно понять, во-первых, к какой группе организмов отнести эти нити, во-вторых, где они обитали, и в-третьих, необходимо определить их возраст. Ответив на эти вопросы, можно уже переходить к палеобиологическим интерпретациям. Начнем с самого простого — с возраста.
Рис. 3. Реконструкция формы нитей и сфер. Нити признаны мицелием эдиакарских грибов, мелкие сферы — их спорами, а крупные сферы — их эукариотическими симбионтами. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Слои с этими ископаемыми находятся в самых низах формации Доушаньтуо, расположенной в китайской провинции Гуйчжоу. Напомню, что эта формация знаменита находками эмбрионов самых ранних — и непонятных — животных (см. новость Описаны поздние стадии развития загадочных эдиакарских эмбрионов, «Элементы» и другие статьи сюжета «Жизнь до кембрия»). Понятно желание палеонтологов поискать каких-то предшественников этих странных животных или хотя бы выяснить, как складывались условия, в которых они эволюционировали. Поэтому нижележащие слои изучаются не менее тщательно, чем сами эмбрионы. Формация Доушаньтуо, как показывает цирконовое датирование, начала слагаться 635 млн лет назад после таяния ледников, и тогда же сформировались слои с обнаруженными нитями. Верхний предел возраста этих слоев 632 млн лет.
Очень важны доказательства того, что данные слои отлагались не в море, а на суше, иначе особого интереса для широкой публики эти находки не представляли бы, разве что для палеомикологов. Доказательством занимались геологи и минералоги. Они выяснили, что микронити находятся в небольших карстовых полостях, заполненных халцедоном (это разновидность кварца). Сами нити состоят из микрокристаллического пирита (или покрыты им) и располагаются по обызвествленным или доломитизированным стенкам полостей, иногда замещенных халцедоном.
Получается слоистая структура с нестрого упорядоченным порядком взаиморасположения минералов. Сопоставив ее с общей картиной минералогии вмещающих пород, ученые предложили модель, объединяющую все геологические и минералогические данные. Эта модель с пояснениями приведена на рис. 4. Суть ее сводится к тому, что главное место действия — это карстовые полости в доломитовой породе, расположенной над уровнем моря. В эти карстовые полости через трещины попадали метеорные воды с наземным населением — бактериями, водорослями, грибами. Часть их освоилась в этих полостях, образовав своеобразный биоценоз с хемо- и фотосинтетиками и гетеротрофами. Современные грибы могут существовать в таких условиях, если имеется устойчивый источник органического материала для их осмотрофного питания. Полости постепенно заполнялись карбонатным цементом, как это обычно бывает в карстовых пещерах, а позже туда стали поступать гидротермальные воды. Насыщенные силикатами, они обусловили формирование силикатных наслоений поверх известкового цемента или частично заместили его. В данном случае образовывались халцедоновые концентрические формы, грозди или трещины. Некоторые из трещин сдвигали части нитей, так что видно, что сначала нить фоссилизировалась, а уже потом разрывалась силикатным материалом.
Рис. 4. Схема образования слоев, содержащих древнейшие сухопутные грибы. а — шельфовая лагуна, отграниченная от открытых вод наносным барьером, сложенным доломитом. Микрофоссилии найдены именно в барьерных прослоях. b — профиль барьера на начальном этапе формирования после таяния ледников; весь барьер ниже уровня моря. с — уровень моря опустился, барьерные отложения оказались над водой, в прослоях со смешанными морскими и наземными пресными поровыми водами происходит растворение минералов по трещинам, формируются полости. d — уровень моря продолжает снижаться, в полости барьерных отложений попадает только пресная вода, в этих полостях идет нарастание карбонатного цемента и поселяются наземные микроорганизмы, попавшие в полости по трещинам с наземными водами. Микроорганизмы отмирают в известковых и доломитовых наслоениях по стенкам полостей, их остатки покрываются пиритом. e — гидротермальные потоки проходят вверх через барьерные породы, полости начинают заполняться силикатными наслоениями, пиритизированные остатки микроорганизмов инкапсулируются в халцедоне. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Communications
Природа самих микроорганизмов не вызывала особых сомнений у авторов статьи. Они опирались на следующие признаки. В некоторых прозрачных нитях — а микрокристаллы пирита прозрачные — должны быть по идее видны межклеточные перегородки, как это часто бывает с нитчатыми водорослями. Но таких перегородок не видно. Нити сливаются друг с другом, расходятся, ветвятся, а также соединяются короткими перемычками. Толщина нитей явно больше 1–2 мкм — толщины, характерной для разного рода бактерий, в том числе нитчатых актиномицетов. Все эти признаки вместе уверенно указывают на грибы. Причем, судя по размерам, двух разных видов. Мелкие сферы напоминают грибные споры. А крупные могут быть какими-то симбиотическими эукариотами (у авторов нет предположений, что это за организмы).
Таким образом, три части этой работы включают обсуждение грибной природы нитей, их исходно наземного обитания и их раннеэдиакарского возраста. Исходя из этих посылок, авторы, дав волю воображению, широкой кистью рисуют интересную картину раннеэдиакарских эволюционных событий в жизни нашей планеты. 635–600 млн лет назад суша начинает активно заселяться, за счет биоэрозии сильно ускоряется терригенный снос, в результате морские воды обогащаются органикой и необходимыми химическими элементами, что в свою очередь благоприятствует развитию фитопланктона… В ископаемой летописи появляются первые губки, а через 20 млн лет за ними подтягиваются и эдиакарские фрактофузусы (см. Fractofusus и новость У эдиакарских организмов фрактофузусов выявлено два способа размножения, «Элементы», 11.08.2015) со своими непонятными перистыми родичами рангеоморфами (см. Rangeomorph). Зеленые растения появятся на планете еще не скоро, через 100 млн лет (напомню, что наземная флора появилась на суше около 530 млн лет назад, см. P. K. Strother, 2016. Systematics and evolutionary significance of some new cryptospores from the Cambrian of eastern Tennessee, USA). Но микоризообразующие грибы уже будут ждать, чтобы помочь новым колонизаторам усваивать элементы из почвы.
Но для того, чтобы более уверенно определить степень влияния наземной биоты на события в море в те древние времена, нужно гораздо больше находок наземной биоты, нужны расчеты терригенного сноса, нужны изотопные данные по наземной органике и побольше надежных данных о почвах того периода. Так что обсуждать обрисованные авторами работы события пока преждевременно. Но факт в копилку наших знаний уже положен: грибы заселили сушу не позже 635 млн лет. А, может быть, еще раньше? Возможно, мы скоро это узнаем, — как искать грибы в породах, с чем их сравнивать и какими методами подтверждать грибную природу фоссилий, ученые уже хорошо понимают.
Источник: Tian Gan, Taiyi Luo, Ke Pang, Chuanming Zhou, Guanghong Zhou, Bin Wan, Gang Li, Qiru Yi, Andrew D. Czaja & Shuhai Xiao. Cryptic terrestrial fungus-like fossils of the early Ediacaran Period // Nature Communications. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-20975-1.
Елена Наймарк
