В вулканических породах возрастом 2,4 млрд лет найдены следы древнейших грибов

[djafarchik]

 

Объемная реконструкция грибных нитей, сделанная с помощью послойного сканирования (слои толщиной 0,35 мкм) одного из пузырьков в вулканической породе, длина масштабного отрезка 100 мкм. Внизу показан увеличенный участок. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Ecology & Evolution

В вулканических породах возрастом 2,2–2,4 млрд лет ученые обнаружили многочисленные нитевидные образования. Они заполняли желваки, которые формировались из пузырьков захваченного лавой газа. По своим признакам эти образования похожи на грибной мицелий, а сходные нарастания в лавовых желваках известны и из более молодых пород. Нет сомнений в грибной природе этих нитей, так что происхождение грибов придется, вероятно, серьезно удревнить. Также присутствие представителей грибов в древних донных породах заставляет сомневаться в наземном происхождении предков грибов.

Группа ученых из нескольких научных учреждений Швеции, Швейцарии, Австралии и США, среди которых были известные палеонтологи Стефан Бенгтсон (Stefan Bengtson) и Биргер Расмуссен (Birger Rasmussen, читатели могут помнить его по публикациям о древнейших биомаркерах фотосинтеза, см. Древнейшие следы эукариот и цианобактерий на Земле признаны поздним загрязнением, «Элементы», 29.10.200, получила в свое распоряжение интересный кусок керна из протерозойских пород Южной Африки. Речь идет о формации Унхелюк (Ongeluk), возраст которой определен несколькими независимыми методами с датировками 2,42–2,2 млрд лет. Относительно верхнего предела возраста пока идут дискуссии, так как он определен не из пород данной формации, а по материалу близких местонахождений.

Породы формации Унхелюк сложены преобразованным вулканическим материалом. Как и в любой подобной породе, в ней имеются желваки и трещины, происхождение которых связано с пузырьками газа и жидкости в застывшей лавовой массе. Такие пузырьки постепенно заполняются преобразованным материалом материнской породы и в результате, как правило, отличаются по минералогии от основной породы. Желваки хорошо заметны в породе и на срезах — это округлые образования другого цвета и текстуры. А трещины, соответственно, длинные и тоже заполнены отличным по цвету и текстуре веществом. В таких округлых желваках и трещинах из керна Унхелюк ученые рассмотрели многочисленные тонкие ветвящиеся и перепутанные нитевидные структуры — именно о них и идет речь в опубликованной недавно статье в журнале Nature Ecology & Evolution.

 

Желвак с многочисленными нитями. Видно, что по краям их много, а к центру становится меньше. На фото а это хорошо заметно, а на фото с кажущееся нарастание в центре в действительности является краевым — это следует из послойного исследования данного объекта, подробно описанного в статье. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Ecology & Evolution

Нужно было решить три главных вопроса:
1) Какова природа этих нитей — минеральная или биологическая?
2) Если это остатки живых организмов, то каких именно — актиномицетов, грибов или оомицетов?
3) И, наконец, если это минерализованные остатки организмов, то можно ли их считать синхронными с вмещающими породами, для которых определен возраст в 2,4 млрд лет?

Каждый из этих вопросов важен: если природа нитей минеральная, то палеонтологи немедленно теряют к ним интерес, а если биологическая, то это проявления богатой жизни 2,4 млрд лет назад. Если это были грибы, то у ученых появляется новая отсечка существования древнейших грибов. На сегодняшний день происхождение грибов связывают с пресноводным, возможно, одноклеточным предком, освоившим наземные экотопы в докембрии или кембрии. Так что грибы оказываются в два раза старше, если ориентироваться на современные оценки по молекулярным данным, и в три-четыре раза старше, чем древнейшие ископаемые грибы (см. M. L. Berbee, J. W. Taylor, 2010. Dating the molecular clock in fungi — how close are we?). Третий вопрос, пожалуй, самый трудный: если они синхронны, то все в порядке, если же нет, то все предыдущие рассуждения теряют смысл.

На первый вопрос ученые дают безоговорочно положительный ответ — это не минеральные образования, а ископаемые остатки нитчатых форм. Минеральные нитеподобные структуры встречаются в лавовых пузырьках, но они растут из центра к краям, а на концах нити истончаются. Здесь же они растут снаружи внутрь и толщина нитей более или менее постоянная.

Второй вопрос был решен с помощью детального анализа нитей и сравнения их с остатками, которые бесспорно относят к палеозойским грибам: нити ветвятся V-образно, часто образуют перемычки между соседними нитями, от стенок пузырьков отходят часто ветвящиеся структуры — характерные для грибного роста «метлы», видны утолщения на концах нитей, которые ученые интерпретируют как споры. Толщина нитей типично грибная — 2–12 мкм, а не актиномицетная (0,15–1,5 мкм), размер спор также соответствует грибам — 5–10 мкм. Оомицеты хотя строят перемычки между нитями, но у них перемычки другой формы и появляются только во время конъюгации.

Известные грибные остатки в лавовых желваках, например, девонского, раннекайнозойского, четвертичного времени действительно похожи на найденные протерозойские остатки. У них схожие формы роста (от края к центру), ветвление, спороношение — в общем, все то, на что обращает внимание специалист по грибам. Вероятно, специалисты-микологи из числа читателей «Элементов» смогут указать и на другие важные детали строения.

 

Грибы в лавовых желваках: а, b — из керна Унхелюк, c, d — из девонских отложений в Германии, e, f — из эоценовых отложений, полученных из скважин в северной части Тихого океана, g, h — из отложений четвертичного периода в северной Атлантике. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Ecology & Evolution

Остался последний вопрос: считать ли грибные нарастания в желваках Унхелюк синхронными с вмещающими их базальтовыми лавами. Тут все не так однозначно. Сам желвак заполнен кальцитом и хлоритом (это глины, содержащие магний и железо) двух сортов — мелко- и крупнокристаллическим. Снаружи его обрамляет слой кальцита. Грибные нити состоят из мелкокристаллического хлорита, они прерываются кристаллами крупнозернистого хлорита. Кальцит нарастает на нитях, но также встречается и между ними. Это те минералогические данные, на основе которых ученые реконструировали путь образования фоссилий и решали вопрос об их синхронности с вмещающими породами.

 

Механизм фоссилизации и образования разнородного материала желваков. a — пустой пузырек, который заполняется водой через трещины; b — грибной мицелий появляется и развивается в пузырьке; c — минерализация мицелия смектитовой глиной; d — кальцит нарастает на минерализованных нитях; e — заполнение пространства между нитями трансформированным глинистым материалом; f — метаморфизм глинистого материала, образование мелкозернистого хлорита грибных нитей. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature Ecology & Evolution

Предложенный сценарий предполагает, что грибы проникали внутрь заполненного водой пузырька по трещинам, затем органический материал замещался глиной, которая в ходе дальнейшего низкотемпературного диагенеза преобразовалась в хлорит. При повышении температуры оставшаяся глина преобразовалась в крупнозернистый хлорит, перекрывая мелкозернистые кристаллы хлорита первого типа.

Но тут есть некоторые несоответствия. Так, предполагается, что первичная фоссилизация мицелия происходила за счет смектитовой глины (многим это вещество знакомо — из него делают Смекту). Следовательно, грибы росли в пузырьке, заполненном смектитом, а не водой. На образование смектита требуется известное время, которое измеряется миллионами лет. Кроме того, два типа хлоритов, по мнению авторов, образовались в результате последовательных волн метаморфизма: при температуре около 250°С образовался тонкозернистый хлорит, а затем при 400°С -крупнозернистый хлорит. В этом случае непонятно, почему во время второй волны метаморфизма тонкозернистый хлорит в нитях не преобразовался. Также не находит объяснения и различие в химическом составе хлоритов: тонкозернистый характеризуется более высоким содержанием магния и присутствием кальция, в крупнозернистом больше железа, а кальций отсутствует. Ученые также оставили под вопросом источник органического углерода, выявленного в материнских базальтовых породах. Нужно отметить, что этот сценарий вынесен за рамки «парадной» статьи и помещен в сопроводительные материалы.

Рассуждая о синхронности мицелиев в желваках и трещинах с окружающими их породами и помня о необходимости сначала заполнить пузырек смектитом, следует, вероятно, ориентироваться на более консервативную оценку возраста образования этих фоссилий. Так, в работе приведена оценка возраста высокотемпературного хлорита, наросшего на грибные гифы. Это 2,06 млрд лет. Чтобы оценить надежность этой оценки, выполненной по методу SHRIMP, читателю придется самостоятельно заглянуть в цитируемые статьи. Тут требуется высокий уровень профессиональной подготовки. Кроме того, нужно помнить, что это не возраст высокотемпературного хлорита, а одной из высокотемпературных стадий развития пород формации Унхелюк. Возможно ли, что образование крупнозернистого хлорита протекало на каком-то другом этапе их формирования? — да, возможно. Впрочем, исследователи в самой статье замечают, что крупнозернистый хлорит образовался из гидротермальных вод с температурой 400°С, о чем в предложенном сценарии фоссилизации и образования желваков никак не упоминается.

Но эти несоответствия никак не умаляют значимости находок в керне Унхелюк. Неоднородности базальтового материала заполнены нитевидными обрастаниями, по всей вероятности, грибного происхождения. Они схожи по многим признакам с теми, которые нам известны из более молодых, фанерозойских, местонахождений. Эти специфические местообитания для грибов — внутри пузырьков в вулканических породах — исключительно консервативны, ведь за миллиарды лет они раз за разом, сходным образом, заполнялись грибами. Возможно, знающие микологи подскажут, за счет чего грибы могли существовать в этих экзотических условиях.

Возраст новых находок явно старше фанерозойского, но тут, к сожалению, много вопросов. Нелишне вспомнить о вероятных грибных фоссилиях Tappania, имеющих среднепротерозойский возраст (N. J. Butterfield, 2005. Probable Proterozoic fungi). Так что при построении филогенетических схем придется задуматься о точке ветвления грибов и сестринской группы холозой (Holozoa) в пределах клады Опистоконтов, с осторожностью калибруя скорость эволюции по времени появления первых грибов.

Источник: Stefan Bengtson, Birger Rasmussen, Magnus Ivarsson, Janet Muhling, Curt Broman, Federica Marone, Marco Stampanoni, Andrey Bekker.

источник