В ежегодный список десяти главных научных прорывов года по версии авторитетного журнала Science в 2018 г. вошли результаты двух научных исследований, проведенных на территории России и с непосредственным участием отечественных ученых. Общим для них является то, что сделаны они, во-первых, в области эволюционной биологии, а во-вторых – с применением современных молекулярных методов анализа окаменелой органики

Открытия, о которых пойдет речь ниже, служат прекрасной иллюстрацией поистине безграничных возможностей, которые дают в науке междисциплинарный подход и использование точных естественнонаучных методов в приложении к «привычным» для специалистов объектам, таким как окаменелости и ископаемые костные останки. С помощью таких методов стало возможным, к примеру, установить положение на эволюционном древе и древнего мягкотелого многоклеточного, и одного из древних Homo.

В прошедшем году в ТОП-10 журнала Science попали результаты ученых из России, Австралии и Германии, исследовавших состав органических веществ, сохранившихся в окаменелых отпечатках дикинсоний – древнейших многоклеточных организмов, живших в эпоху венда (600–500 млн лет назад), которые были обнаружены на побережье Белого моря. Вендская, или эдиакарская биота существовала на Земле сотни миллионов лет назад, когда в глубинах океана в большом количестве обитали довольно крупные загадочные мягкотелые существа. Судя по доступным палеонтологам отпечаткам и окаменелостям, они были настолько непохожи на все живое, что сегодня обитает на планете, что ученые спорят о том, к какому царству живых организмов они могли принадлежать. Один из главных вопросов: является ли биота венда тупиковым путем, «черновыми набросками» эволюции, либо она была предшественницей организмов, достигших невиданного разнообразия «немного» позже, уже в кембрии? Потомки многих из этих кембрийских созданий до сих пор населяют нашу планету…

Используя методы газовой хроматографии и масс-спектрометрии, исследователи определили в окаменелостях содержание стероидных молекул, служащих неотъемлемыми компонентами клеточных мембран у различных групп высших организмов (эукариот). Для каждого царства эукариот характерны стеролы с определенным количеством молекул углерода. Оказалось, что в мембранах дикинсоний содержались 27-углеродные холестероиды, поэтому их можно уверенно отнести к царству животных. Следовательно, загадочные существа венда также являются нашими очень-очень и очень далекими предками.

Следующее, поистине сенсационное открытие относится уже к эволюции венца природы – человека: в наши дни интерес к этой теме подогревается все новыми открытиями с использованием методов палеогенетики. В 2018 г. группа российских и немецких исследователей опубликовали неожиданные результаты анализа фрагмента ископаемой кости молодой женской особи, обнаруженной в 11 слое отложений Денисовой пещеры на Горном Алтае. Несколько лет назад это древнее пещерное жилище человека стало известно во всем мире благодаря обнаружению в нем фрагмента скелета ранее неизвестного науке древнего человека, которого назвали денисовцем.

Согласно данным радиоуглеродного анализа возраст кости «Денисова 11» составляет около 50 тыс. лет, а анализ извлеченной из нее ДНК показал наличие в геноме этой особи генов сразу двух древних людей: 42% генов от денисовского человека и 39% – от неандертальца. Другими словами, эта косточка принадлежала дочери папы-денисовца и мамы-неандерталки. Более того, даже сам родитель оказался не «чистокровным»: один из его не слишком отдаленных предков также был неандертальцем.

Сейчас мы знаем, что неандертальцы и денисовцы не были тупиковой ветвью человечества: в геноме среднестатистического человека с неафриканскими «корнями» сегодня содержится 1–2 % неандертальских генов, полученных в незапамятные времена от неандертальцев, а у современных жителей Меланезии и Австралии доля денисовских генов достигает 5–6%. Однако открытие 2018 г. стало первым непосредственным доказательством возможности успешного скрещивания между собой разных популяций древних людей. Кроме того, находка гибрида первого поколения среди ограниченного числа изученных древних образцов означает, что подобные «браки» были обычным делом, а между древними популяциями людей шел постоянный обмен генами.

Фото: https://ru.wikipedia.org и https://www.flickr.com

Привычные нам сложноустроенные организмы появились на Земле далеко не сразу: в течение миллиардов лет жизнь на планете была представлена одноклеточными созданиями. Одна из палеонтологических загадок: почему первые многоклеточные организмы возникли и в течение миллионов лет обитали глубоко под водой – там, где было мало света, пищи и кислорода, которого и так в те времена было немного в земной атмосфере. Ученые из Стэнфордского университета (США) выяснили, какие особенности древнего океана сделали его глубины единственно возможной средой обитания этих существ

Специалисты по эволюционной биологии долго не могли объяснить причины так называемого кембрийского взрыва, случившегося около 540 млн лет назад. Тогда на Земле за короткий по историческим меркам период времени неожиданно появилось множество организмов, большинство из которых вполне укладывается в современную систематическую номенклатуру. И лишь когда палеонтологи обнаружили в докембрийских отложениях огромное разнообразие отпечатков и окаменелостей древних многоклеточных существ, недостающее эволюционное звено было найдено.

Сейчас мы знаем, что кембрийскому взрыву предшествовала долгая эволюция многоклеточных в эдиакарском, или вендском геологическом периоде, последним перед кембрием. Хотя есть основания полагать, что сложные организмы существовали и в более раннее время, именно в венде в глубинах океана в большом количестве обитали довольно крупные (достигающие метровых размеров) загадочные мягкотелые существа.

Spriggina floundersi из залежей Эдиакарской возвышенности (Австралия)

На чем был основан такой выбор места обитания? Как известно, для водных холоднокровных организмов, не способных самостоятельно регулировать температуру своего тела, потребность в кислороде повышается при температурах выше или ниже некоего оптимума. При росте температуры тела на 10 ºС скорость обмена веществ повышается примерно в 2–3 раза, что приводит к критическому недостатку кислорода. Если же температура опустится слишком низко, кислород будет проникать в ткани медленнее, чем это необходимо для поддержания жизнедеятельности.

Эксперимент на морских анемонах из класса коралловых полипов, предположительно схожих с древними вендскими организмами, подтвердил, что они нуждаются в большем количестве кислорода за пределами их зоны теплового комфорта. По мнению исследователей, древние многоклеточные венда в первую очередь нуждались в стабильных температурных условиях среды, при которых они могли наиболее эффективно использовать то ограниченное количество кислорода, которое в то время мог обеспечить океан.

Действительно, сегодня в средних широтах на океаническом мелководье среднегодовая температура колеблется больше чем на 10 ºС, зато на глубине более километра – меньше чем на 1 ºС. Кстати, в те времена океан мог быть теплее, чем сейчас, о чем косвенно свидетельствуют современные водные организмы, обитающие вблизи экватора. Они уже близки к верхней планке своего температурного оптимума, за которым начинается гипоксическое (вызванное недостатком кислорода) состояние. При этом ряд других видов прекрасно себя чувствует при низких температурах вблизи холодных полюсов.

К концу венда жизнь все же устремилась ближе к поверхности, о чем свидетельствуют находки в местах, соответствующих мелководным средам обитания той эпохи. К этому времени концентрация кислорода в атмосфере планеты повысилась, что позволило ее кислорододышащим обитателям не только подняться к более теплым поверхностным водам, но и ускорить свой обмен веществ. Появились активные «травоядные хищники», выедающие водорослевые маты; число и разнообразие видов стало расти. Наконец, на эволюционную сцену вышли и организмы, имеющие скелет. Эволюционный процесс приобрел лавинообразное ускорение, что и привело к кембрийскому взрыву разнообразия.

Фото: https://fr.wikipedia.org и https://ru.m.wikipedia.org