Najstarsze organizmy: 3,7 miliarda lat?


Jerry Coyne 2016-09-13


W “Nature” ukazał się nowy artykuł, który spowodował ogólne podniecenie, bowiem informuje o czymś, co określa się jako najwcześniejsze dowody życia mikrobowego -”struktury mikrobialne” datowane na 3,7 miliarda lat temu. Artykuł, autorstwa Allena P. Nutmana i in. (odnośnik i link poniżej), opisuje to, co zdaniem autorów jest pradawnymi śladami stromatolitów – warstwowych kolonii sinic, pokrytych osadami i skamieniałych – z południowozachodniej części Grenlandii, gdzie mieszczą się stare skały.

Najwcześniejsze poprzednie dowody życia mikrobowego to mikroskamieniałości datowane na 3,4-3,5 miliarda lat, pochodzące z czertu Strelley Pool w Australii Zachodniej (Wacey et al., Nature Geoscience 4:698-702). Odkrycie Nutmana i in., jeśli prawdziwe, pcha wstecz znane istnienie komórek o 200-300 milionów lat, co nie jest krótkim odcinkiem czasu. (Istnieją pewne dowody, choć niezbyt przekonujące, o węglu pochodzenia biologicznego datującego się na 4,1 miliarda lat.)


Jakie są nowe dowody na życie liczące 3,7 miliarda lat? Są to struktury w datowanych skałach, które Nutman i in. interpretują jako stromatolity, struktury takie jak te pokazane poniżej (“strom” znaczy “stromatolit”). Stożkowate struktury zidentyfikowano jako pozostałości prastarych stromatolitów, chociaż zastanawiam się, dlaczego środkowa nie jest oznaczona “strom”: 


Image is inverted because layering is overturned in a fold. b, Interpretation of a, with isolated stromatolite (strom) and aggregate of stromatolites (stroms). Locally, lamination is preserved in the stromatolites (blue lines). Layering in the overlying sediment (red lines) onlaps onto the stromatolite sides. A weak tectonic foliation is indicated (green lines). c, Asymmetrical stromatolite and d, linked domical stromatolites from the Palaeoproterozoic28 Wooly Dolomite, Western Australia. The lens cap is 4 cm in diameter. Image c is left-right-reversed for comparison with panels a, b.
Image is inverted because layering is overturned in a fold. b, Interpretation of a, with isolated stromatolite (strom) and aggregate of stromatolites (stroms). Locally, lamination is preserved in the stromatolites (blue lines). Layering in the overlying sediment (red lines) onlaps onto the stromatolite sides. A weak tectonic foliation is indicated (green lines). c, Asymmetrical stromatolite and d, linked domical stromatolites from the Palaeoproterozoic28 Wooly Dolomite, Western Australia. The lens cap is 4 cm in diameter. Image c is left-right-reversed for comparison with panels a, b.

Nutman i in. podają także inne dowody, włącznie z danymi izotopowymi, obecnością minerałów, które mają być biogeniczne oraz obecnością warstw (“lamellae”) w wyglądających na stromatolity częściach. Najbardziej jednak nagłośnione (i przekonujące dla innych) są zdjęcia takie jak powyżej.  

Sprawdziłem jednak u kilku dobrze znanych paleontologów i sedymentologów i dla nich także dane “skamieniałości” nie są zbyt przekonujące. (Chwilowo nie podam ich nazwisk.) Stożkowate odcinki powyżej, mówią, mogą być  tak zwanymi “flame structures“: zwykłą deformacją gliny lub mułu, jaka pojawia się, kiedy jest wypychana przez cięższe warstwy piachu. Może to stworzyć (i stworzyło) ten rodzaj struktur, jaki widać na powyższych zdjęciach bez jakiejkolwiek obecności życia.  Ponadto warstwy w strukturze mogły nie reprezentować warstw prastarych mikrobów, ale po prostu warstwy mułu leżącego pod spodem, który mógł być tworzony przez kolejne sedymentacje.  


Pozostałe dowody, jak mi powiedziano, mogą sugerować życie, ale dalece nie są przekonujące. Artykuł jest trudny, co zobaczycie, jeśli go przeczytacie, chciałem więc tylko zaznaczyć, że kilku specjalistów kwestionuje dowody na istnienie życia podane w tym artykule.


Niemniej nadal mamy dość dobre dowody na istnienie komórek bakteryjnych 3,4 – 3,5 miliarda lat temu, a takie komórki są dość złożone. Znaczy to, że życie zaczęło się wkrótce po ochłodzeniu Ziemi, z grubsza 4,3 miliarda lat temu. Te komórki musiały przejść bardzo długi okres ewolucji od początkowej replikującej się cząsteczki (czy cokolwiek to było), która stanowi pierwsze „życie”.


Przyjmijcie więc te 3,7 miliarda lat ze szczyptą NaCl. Nie znaczy to, że jest to błędne, a tylko, że istnieją ogromne problemy ze znalezieniem solidnych dowodów na istnienie życia w tych prastarych skałach. Niewiele takich skał istnieje już na Ziemi, a te, które są, mogły zmienić się lub zdeformować w taki sposób, że trudno odkryć w nich życie. Ponadto, najlepszym dowodem na życie są mikroskamieniałości, jak te, pokazane poniżej, ale nawet one są nieco kontrowersyjne. Pokazanie, że takie struktury są skamieniałymi bakteriami, nie zaś wtrętami lub artefaktami, jest często bardzo trudne.


Niemniej zdjęcia poniżej i inne dane z artykułu Wacey’a i in. przekonały większość paleontologów, że około 3,4 – 3,5 miliardów lat temu istniały komórki mikrobowe.


Dlaczego paleontolodzy walczą zacięcie o “pierwsze” komórki, skoro jest to kwestia zaledwie 300 milinów lat(!)?  No cóż, można zyskać prestiż za znalezienie najwcześniejszych dobrych dowodów na życie, ale poza tym znalezienie złożonych komórek wkrótce po ochłodzeniu się Ziemi daje nam skalę czasową na to, jak długo trwa przejście od prostych składników chemicznych do “życia” (dla mnie powstanie „życia” jest nieco subiektywnym punktem, bo zmienia się zależnie od definicji). Pchnięcie daty istnienia komórek dalej wstecz mówi nam, że to przejście mogło być szybsze niż to sobie kiedyś wyobrażaliśmy.


a,b,e, Clusters of cells, some showing cell wall rupturing (arrows in a,b), folding or invagination (arrow in e). c,d,h, Chains of cells with cellular divisions (arrows). f,i–j, Cells attached to detrital quartz grains, exhibiting cell wall rupturing and putative escape of cell contents (arrow in f), preferred alignment of cells parallel to the surface of the quartz grain (arrows in i), and constriction or folding between two compartments (arrow in j). g, Large cellular compartment with folded walls (arrows).
a,b,e, Clusters of cells, some showing cell wall rupturing (arrows in a,b), folding or invagination (arrow in e). c,d,h, Chains of cells with cellular divisions (arrows). f,i–j, Cells attached to detrital quartz grains, exhibiting cell wall rupturing and putative escape of cell contents (arrow in f), preferred alignment of cells parallel to the surface of the quartz grain (arrows in i), and constriction or folding between two compartments (arrow in j). g, Large cellular compartment with folded walls (arrows).

h/t: Latha Menon

__________

Nutman, A. P., V. C. Bennett, C. R. L. Friend, M. J. Van Kranendonk, and A. R. Chiva. 2016. Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures. Nature, published August 2016, doi:10.1038/nature19355


Earliest organisms: 3-7-billion-years-old?

Why Evolution Is True, 2 września 2016

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska


Jerry A. Coyne


Profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków.  Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.