Содержание
Метеориты с окаменелыми микроорганизмами исследуют в ОИЯИ
Ученые ОИЯИ в сотрудничестве с учеными из России и США ведут комплексное исследование метеорита, упавшего в 1864 году во Франции близ деревни Оргей. Этот метеорит давно и хорошо изучен, однако этой научной группе удалось обнаружить в нем уникальные находки, которые в том числе дают основания полагать, что жизнь на Землю была занесена из космоса.
В 2021 году в Объединенном институте ядерных исследований вышла монография «Метеорит Оргей: атлас микрофоссилий». В ней собраны материалы четырехлетней работы по изучению окаменелых микроорганизмов — микрофоссилий — на сколах указанного метеорита, выполненной сотрудниками сектора астробиологии Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ под руководством его начальника, известного палеонтолога, академика РАН Алексея Юрьевича Розанова, который является одним из отцов-основателей бактериальной палеонтологии. Именно его работы позволили развенчать бытовавшее в науке мнение о том, что бактерии не фоссилизируются.
Сканирующий электронный микроскоп TESCAN VEGA 3 и образец исследуемого метеорита
Микрофоссилии удается найти далеко не на всех классах метеоритов. По словам младшего научного сотрудника сектора астробиологии ЛРБ ОИЯИ Антона Рюмина, соавтора монографии, остатки древней органики в больших количествах ученые находят на типе метеоритов, называемых углистыми хондритами. В число таких метеоритов входит и метеорит Оргей, исследуемый в секторе астробиологии ЛРБ ОИЯИ с 2017 года. Этот метеорит относится к числу наиболее древних и имеет кометное происхождение. По возрасту начала своего формирования он сопоставим с возрастом Солнечной системы.
Перед исследованиями ученые выполняют пробоподготовку: крошечные образцы метеорита, хранящиеся в стерильных условиях, очищаются от возможного засорения современной органикой, а инструменты и столы обрабатываются пламенем газовой горелки.
При помощи сканирующего электронного микроскопа сотрудники сектора астробиологии нашли на сколах Оргея нитевидные, кокковидные бактерии, отдельные и в кластерах, палочковидные формы, эукариоты: диатомовые водоросли и празинофиты и другие окаменелые микроорганизмы.
Для получения данных об элементном составе найденного исследователи пользовались методом рентгеновского энергодисперсионного микроанализа.
Метеорит Оргей AFP © FRANCOIS GUILLOT
«В классе углистых хондритов найдено очень много органики, найдены аминокислоты, в том числе протеиногенные, а также нуклеиновые основания. Некоторые из этих оснований после смерти организмов очень быстро распадаются, а какие-то могут существовать долго — в хондритах найдена как раз вторая категория, — рассказал эксперт. — В то же время некоторые исследуемые метеориты упали достаточно недавно: Оргей — в ХIХ, Мурчисон — в ХХ веке, Агуас Заркас — в 2019 году. Среди найденной органики есть и такая, которая имеется в осадочных горных породах. Исходя из имеющихся данных, можно сказать, что, во-первых, это — ископаемые остатки, а во-вторых, что микроорганизмы образовались там до падения.
Можно было бы предположить, что эти метеориты имеют земное происхождение, то есть были выбиты когда-то падением астероида и оказались в космосе.
Однако, изотопный состав этих метеоритов показывает, что у них не земное и не лунное происхождение. Например, в Оргее большое количество структур, которые по морфологии соответствуют бактериям и эукариотическим водорослям, плотность их очень большая: на 1 куб. мм вещества — от полутора до двух тысяч штук. В таком количестве они не могли разрастись после падения. На месте падения брали пробы грунта, но не находили ничего подобного».
Здесь стоит сказать пару слов об одном из соавторов монографии — Ричарде Гувере. Американский профессор и известный ученый, руководитель Лаборатории астробиологии в Афинском государственном университете США Ричард Гувер давно и активно работает в коллаборации со специалистами ОИЯИ. В июле 2021 года ему была присвоена степень доктора Honoris Causa (почетного доктора) по Отделению физических наук РАН по специальности астрономия. Степень присуждается Российской академией наук особо выдающимся иностранным ученым.
На фото (слева направо): Алексей Розанов (ПИН им.
А. А. Борисяка РАН), Александр Сергеев (президент РАН), Ричард Гувер (Афинский государственный университет, США), Борис Шарков (ОИЯИ), Эдмунд Акопов (ЦОНТ НИИСИ РАН)
Древность микрофоссилий Оргея была подтверждена изучением содержания азота в органике: после смерти организмов соединения, содержащие азот, очень быстро разрушаются, однако некоторые аминокислоты в них продолжают существовать очень длительное время. Эти аминокислоты, в том числе протеиногенные, были определены в Оргее, при этом процентное соотношение аминокислот очень малое: несколько частей на миллион.
Найденные ископаемые микроорганизмы существовали в водной среде. Об этом свидетельствуют, например, найденные на сколах Оргея фрамбоиды — шарики, состоящие из множества кристаллов и собирающиеся в упорядоченные кластеры — для их образования необходима жидкая вода. В большинстве углистых хондритов есть 10% и более минерально связанной воды, но, когда на их родительских телах существовала жизнь, там имелись резервуары с жидкой водой, которая необходима и для жизнедеятельности микроорганизмов.
Диатомеи в метеорите Оргей. Масштаб линейки 10 мкм
Остатки ископаемых бактерий имеют ту же форму, что и при жизни, но могут состоять из замещенных со временем элементов. Так, на метеоритных сколах они очень часто замещены оксидом либо сульфидом железа в зависимости от условий, в которых находились: была ли окружающая среда кислородной или бескислородной.
Интересно отметить, что в Оргее найдены магнитотактические бактерии, у которых есть магнитосомы: ряд кристаллов магнетита, которые выстраиваются вдоль осей магнитного поля. Это говорит о том, что бактерии должны были зародиться на объекте, который генерирует свое магнитное поле.
В настоящее время ученые сектора ведут сбор материала для новой книги, сосредоточившись на поиске окаменелых форм жизни в других всемирно известных углистых хондритах, таких как Агуас Заркас, упавший в Коста-Рике в 2019 году, и Мурчисон из Австралии, прилетевший на Землю в 1969-м. И здесь уже есть первые результаты. Несмотря на то, что метеорит Оргей богаче по разнообразию видов микроорганизмов, уже известно, что в Мурчисоне обнаружены некоторые формы, которых в Оргее нет.
23.08.2011 Британские и австралийские палеонтологи обнаружили окаменевшие остатки, возможно, самой древней бактерии на Земле — ее возраст составляет более 3,4 миллиарда лет. Это на 200 миллионов лет превышает предыдущий рекорд древности бактерии. Окаменелые следы микроорганизмов были обнаружены в отложениях в штате Западная Австралия. Останки представляют собой системы сферических и эллипсоидальных полостей в микрометровых кристаллах неокисленного (минеральные отложения после Кислородной катастрофы 2,4 миллиарда лет назад все окислены) пирита. Сами кристаллы ученые расценивают как побочные продукты основанной на сере жизнедеятельности этих организмов. Статья Дэвида Уэйси (David Wacey) из Университета Кроули, Австралия, и его коллег опубликована в журнале Nature Geosciences. Ученые обнаружили останки микроорганизма в отложениях песчаника в местности под названием Стрелли Пул (Strelley Pool) в штате Восточная Австралия, сообщает РИА Новости. По словам ученых, новая находка на 200 миллионов старше предыдущего рекордсмена. Кроме этого, она может расцениваться как косвенное подтверждение биологического происхождения минеральных структур возрастом 3,5 миллиарда лет, найденных в 1998 году. Споры о том, являются ли найденные тогда объекты останками микроорганизмов ведутся до сих пор. В 2002 году один из авторов новой работы Мартин Брейзер предъявил доказательство того, что подобные минеральные образования могут возникать в ходе небиологических процессов. «Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что жизнь существовала уже 3,4 миллиарда лет назад. Наше открытие подтверждает, что в это время существовали микроорганизмы, способные жить в отсутствие кислорода», — пояснил один из участников группы Мартин Брейзер (Martin Braiser) из Оксфордского университета. Ученые считают, что 3,5-2,5 миллиарда лет назад на Земле господствовали хемобактерии, получающие энергию для жизнедеятельности из химических реакций. Команда Уэйси обнаружила остатки именно такой бактерии, окисляющей соединения серы для получения энергии. «Такие бактерии достаточно распространены и сегодня. Их можно найти в зловонных канавах, в почве, в горячих гейзерах или у источников горячей воды в океане — в общем, в любом месте, где мало кислорода и есть некоторое количество органики», — объяснил Брейзер. Авторы работы обнаружили бактерий в порах в образцах песчаника. Остатки бактерий располагались в окружении кристаллов пирита — конечного продукта жизнедеятельности большинства серных хемобактерий. Ученые проверили органическое происхождение ископаемых остатков, сравнив содержание изотопа углерода С13 в микро-окаменелостях и в окружающей их среде. Пониженное содержание «тяжелого» углерода подтвердило их органический характер. «Сейчас мы сравниваем нашу бактерию с другими известными микро-окаменелостями, и высоко оцениваем шансы найти еще более древние микроорганизмы», — говорит Брейзер. Примечательно, что возраст следов химических процессов, которые ученые расценивают как биологические, составляет 3,8 миллиарда лет. Считается, что в это время существовал Последний универсальный общий предок — ближайший общий предок всех ныне живущих на Земле живых организмов. В это время планета была покрыта океанами жидкой воды, температура которой из-за парникового эффекта составляла около 45 градусов Цельсия, в то время как магнитного поля, защищающего сейчас жизнь на планете от космической радиации, еще не появилось. |
Горные породы здесь образовались во время очень узкого «временного окна» — 3,6-3,4 миллиардов лет назад. Это и позволило установить возраст ископаемой бактерии.
Древние бактерии тоже оставляют после себя окаменелости!
Ученые использовали генетические технологии для определения различных ролей бактерий, присутствующих в древних ископаемых образованиях, называемых строматолитами.
Изображение предоставлено: Строматолиты (~ 1,878 миллиарда лет; Бивабик, Миннесота, США) Джеймса Сент-Джона (CC BY 2.0)
Бактерии были одними из самых ранних форм жизни на Земле.
Но в отличие от динозавров, эти древние бактерии не могли оставить после себя зубы и кости. Итак, как мы находим свидетельства существования ранних бактерий? Оказывается, некоторые бактерии оставляют после себя окаменелости, известные как строматолиты. Строматолит — это каменная структура, образованная слоями бактерий и других микроорганизмов, что-то вроде гостиницы для микробов. Микроорганизмы формировали эти отели почти 3,5 миллиарда лет и продолжают формировать их сегодня.
Строматолиты также могут образовываться в абиотических условиях, то есть без участия живых организмов. Вот почему у нас есть необходимость определить происхождение строматолитов. Если они образованы бактериями, они служат частью летописи окаменелостей. Современные строматолиты, которые строятся сегодня, могут дать представление о древних микробах, которые построили их в далеком прошлом.
Ученые хотят знать, какие бактерии действительно построили эти структуры. Это могут делать только определенные виды бактерий.
«Строителями» обычно являются фотосинтетические бактерии, которые создают слои горных пород, производя липкое вещество, позволяющее слипаться минеральным зернам. Другая группа бактерий — «квартиранты». Это бактерии, которые живут в конструкции во время ее строительства или вскоре после строительства, но не несут ответственности за создание слоев. И наконец, «скваттеры». Это микробы, которые появляются намного позже, обычно потому, что они смываются в структуру спустя много времени после ее формирования.
В современных строматолитах присутствуют все три типа бактерий. Понимая, как группы работают вместе, ученые могут составить историю, показывающую, как формируются эти структуры.
Так выглядит «бактериальный коврик». by nateeag (CC BY 2.0)
Недавно группа ученых провела эксперименты по идентификации ДНК, обнаруженной в современных строматолитах. Эксперименты проводились на трех участках: растущий строматолит в горячем источнике в Йеллоустонском национальном парке (Обсидиан Пул Прайм) в Вайоминге, горячий источник в Литтл-Хот-Крик в Восточной Калифорнии и молодой строматолит в озере Уокер в Неваде.
Ученые предположили, что на каждом участке будет разное соотношение строителей, арендаторов и скваттеров.
Например, они предположили, что изобилие строителей должно быть самым большим на растущем в настоящее время участке в Йеллоустоне. Однако участок на озере Уокер образовался без помощи живых организмов. Это образование выросло на 40 метров (130 футов) в глубину океана, поэтому свет почти не мог достичь структуры. Это означает, что фотосинтетические бактерии, ответственные за строительство, не могли присутствовать во время образования озера.
Ученые начали свою работу со сбора кусочков микробного материала, а также воды с каждого участка. Вернувшись в лабораторию, исследователи извлекли ДНК из камней и секвенировали определенный ген бактерий. Этот ген, ген 16S рРНК, имеет уникальную последовательность для каждого типа бактерий. Это служит отпечатком пальца для сообщества. Теперь, зная, какие бактерии были обнаружены, они могут использовать известную информацию о том, что делают эти организмы, чтобы определить их роль в образовании строматолитов.
Это позволяет ученым увидеть, сколько строителей, арендаторов и скваттеров было в каждом месте.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что в Обсидиановом Пуле Прайм не было обнаружено генетических маркеров строителей. Исследователи выдвинули гипотезу, что образцы были собраны не в то время года, когда арендаторов больше, чем строителей. В случае с Литтл-Хот-Крик изобилие арендаторов снова заблокировало любой сигнал от настоящих строителей. Генетические данные озера Уокер показали большое количество скваттеров. Этот результат был ожидаем, поскольку исследователи думали, что озеро Уокер сформировалось без помощи бактерий.
Некоторые результаты оказались не такими, как ожидалось, и маркеры строителей не найдены. В мире науки эксперименты не всегда работают, и это нормально! Эксперимент все же дал ценную информацию. Исследователи смогли определить типы бактерий, обнаруженных в современных строматолитах. Это важно, потому что показывает, что не вся ДНК, присутствующая в строматолите, является индикатором его строителей.
Эти результаты показывают, насколько сложно будет выяснить, какие бактерии построили древние строматолиты, ведь даже в свежих и недеградировавших образцах ученые не смогли найти строителей.
Это исследование позволило по-новому взглянуть на строматолиты. Модель строителей, арендаторов и скваттеров показывает, насколько сложны эти системы. Мир бактериальных окаменелостей — это захватывающий способ совершить путешествие во времени в прошлое и исследовать самые ранние формы жизни.
Ископаемая летопись бактерий
Ископаемая летопись бактерий
Может показаться удивительным, что бактерии вообще могут оставлять окаменелости. Однако,
одна конкретная группа бактерий, цианобактерии или «сине-зеленые водоросли»,
оставили летопись окаменелостей, которая простирается
далеко в докембрий —
самым древним из известных окаменелостей, похожих на цианобактерии, почти 3,5 миллиарда лет.
среди самых старых окаменелостей, известных в настоящее время.
Цианобактерии крупнее большинства
бактерии и могут выделять толстую клеточную стенку. Самое главное, цианобактерии.
могут образовывать большие слоистые структуры, называемые строматолиты (если больше или
менее куполообразные) или онколитов (если круглые). Эти структуры формируются как
мат цианобактерий растет в водной среде, захватывая осадок
иногда секретируют карбонат кальция. При очень тонком разрезе
ископаемые строматолиты могут содержать превосходно сохранившиеся окаменелости.
цианобактерии и водоросли.
На картинке выше представлена короткая цепочка цианобактериальных клеток,
Горькие источники Черт
северной Австралии (около 1 миллиарда лет). Очень похожий
цианобактерии живы и сегодня; на самом деле, большинство
ископаемые цианобактерии могут почти
отнести к живым родам. Сравните эту ископаемую цианобактерию с этой
картина живой цианобактерии Осциллятория :
Группа показывает то, что, наверное, самое экстремальное
консерватизм морфологии любых организмов.
Помимо цианобактерий, идентифицируемые ископаемые бактерии не являются
особенно широкое распространение. Однако при определенных химических условиях бактерии
клетки могут быть заменены минералами, особенно пиритом или сидеритом (железо
карбонат), образующих реплики некогда живших клеток, или псевдоморфоз .
Некоторые бактерии выделяют оболочки, покрытые железом, которые иногда окаменевают. Другие
может проникать в раковины или скалы и образовывать
микроскопические каналы внутри скорлупы;
такие бактерии называются эндолитные , и их расточки можно
признаваться на протяжении всего фанерозоя.
Бактерии также были обнаружены в янтаре — окаменевшей древесной смоле.
в мумифицированных тканях. Также иногда можно предположить наличие
болезнетворных бактерий из ископаемых костей, которые имеют признаки наличия
заразились при жизни животного. Пожалуй, самыми удивительными являются
окаменелости, оставленные магнитобактериями — группой бактерий, образующих крошечные,
кристаллы магнетита (оксида железа) нанометрового размера внутри их клеток.