Древние организмы запасали мышьяк, чтобы выжить в токсичных океанах ранней Земли

Фото из открытых источников

Согласно новому исследованию, самые ранние формы жизни на Земле выработали способы выживания в условиях пагубного воздействия мышьяка, чтобы справляться с резкими изменениями окружающей среды.

Исследователи обнаружили, что сложные формы жизни, называемые эукариотами, хранят мышьяк в специальных отсеках внутри своих клеток, что помогает нейтрализовать токсичный яд.

Используя передовые рентгеновские технологии, международная группа смогла обнаружить и картировать мышьяк в окаменелостях возрастом 2,1 миллиарда лет из Франсвилльского бассейна в Габоне.

По словам ученых , мышьяк, обнаруженный в окаменелостях, появился не в результате более позднего загрязнения, а в результате биологической реакции на экологический стресс.

Это подтверждается отчетливыми закономерностями, сформированными в процессе консервации мышьяком окаменелостей, по сравнению со структурами, оставленными неживыми минеральными структурами; это еще одно доказательство того, что окаменелости когда-то были сложными живыми организмами с более развитыми клетками, утверждают они.

Их исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, меняет современные представления о том, как ранняя жизнь сталкивалась с трудностями окружающей среды, подчеркивая решающую роль адаптации в эволюции жизни.

«Способность справляться с мышьяком не возникла у эукариот случайно», — сказал Эрнест Чи Фру, один из соавторов статьи и преподаватель Школы наук о Земле и окружающей среде Кардиффского университета.

Это совпало с периодом значительных изменений окружающей среды, когда уровень кислорода в атмосфере Земли впервые вырос. Это увеличение кислорода также привело к росту содержания арсената, особенно токсичной формы мышьяка, которая конкурирует с фосфатом, жизненно важным питательным веществом для всей жизни, что делает океаны Земли опасным местом.

«Поэтому для таких организмов, как эукариоты, было действительно жизненно важно иметь стратегии, позволяющие справляться с этим наиболее токсичным элементом, который когда-то был известен в Европе как «порошок наследственности» из-за его смертельно опасного использования при отравлениях», - отмечают ученые.

Исследование основано на предыдущей работе группы по изучению Франсвилльской биоты возрастом 2,1 миллиарда лет, которая, по их мнению, появилась после того, как местное подводное вулканическое событие привело к внезапному выбросу питательных веществ в небольшое замкнутое море.

По словам группы под руководством Университета Пуатье и Кардиффского университета, этот приток питательных веществ помог этим ранним формам жизни процветать в местных условиях.

«Мы изучили эволюцию мышьяка в морской воде Франсвилльского бассейна до и после обнаружения окаменелостей. На самом деле, в то время, когда развивались эти примитивные эукариоты, концентрация мышьяка была довольно низкой, что навело нас на мысль, что они должны были жить там вполне счастливо», - добавляет Чи Фру. «Однако удивительно высокий уровень мышьяка в их организмах, выявленный в ходе нашего анализа, позволяет предположить, что они были чрезвычайно чувствительны даже к низким уровням мышьяка в морской воде. Мы считаем, что это свидетельствует о стратегии детоксикации, применяемой эукариотами, которая позволяет мышьяку накапливаться в особых отсеках их клеток, создавая своего рода иммунитет, который не дает им поддаваться его ядовитому воздействию».

По словам исследователей, эти организмы впоследствии вымерли, когда в этом районе возобновилась вулканическая активность, а уровень кислорода в морской воде упал.

По их словам, их исчезновение свидетельствует о том, что способность сложных форм жизни защищать себя от токсичных веществ, таких как мышьяк, путем безопасного хранения его внутри клеток могла возникать не раз в истории Земли.

«У всех живых существ есть способы защитить себя от мышьяка, который токсичен для жизни», — сказал Чи Фру.

В океане крошечный планктон у поверхности — тот самый, который производит около половины кислорода в воздухе, которым мы дышим, — постоянно работает над тем, чтобы избавиться от мышьяка в своих телах. Они не могут избежать этого, потому что мышьяк естественным образом содержится в воде, а их клетки не могут легко отличить арсенат от фосфата — питательного вещества, которое им действительно нужно. Это было верно даже в древние времена, как и сегодня.

«Мы знаем, что эти древние организмы вымерли, поэтому то, как современная жизнь обрабатывает мышьяк, не произошло напрямую от них. Если этот метод детоксикации развивался неоднократно, это показывает, насколько важно было для жизни найти способ борьбы с мышьяком , чтобы стать более сложной», - резюмировали авторы исследования.