Молекулярний годинник змінив уявлення про появу перших тварин

Історія виникнення тваринного життя на Землі може бути набагато давнішою, ніж припускали за даними викопних решток. Нове переосмислення молекулярного годинника та аналіз мікрофосилій із Монголії свідчать: перші представники тваринного царства могли з’явитися приблизно на 200 мільйонів років раніше, ніж це дозволяє встановити традиційний палеонтологічний літопис.

Йдеться не про виявлення безпосередніх тілесних скам’янілостей тварин віком 800 мільйонів років. Дослідники обережно наголошують, що остаточного доказу настільки раннього походження тварин поки немає. Проте результати роботи ставлять під сумнів один із головних принципів, за яким відсутність скам’янілостей у добре збережених породах автоматично вважають свідченням відсутності самих організмів.

Чому викопний запис не показує початок тваринного життя

Найдавніші беззаперечні рештки тварин пов’язують з едіакарською біотою. Її представники жили приблизно 574 мільйони років тому, а в деяких випадках їхній вік сягає ще більш ранніх меж едіакарського періоду. Саме ці скам’янілості тривалий час залишалися головною відправною точкою для визначення моменту появи перших тварин.

Однак викопний запис не є повною хронікою минулого. Для утворення скам’янілості потрібне рідкісне поєднання умов: організм має загинути у відповідному середовищі, швидко опинитися під шаром осаду, уникнути руйнування, а породи згодом повинні зберегтися та потрапити в поле зору дослідників. Особливо складно виявити давніх тварин, які не мали твердого скелета, панцира або іншої структури, здатної добре фосилізуватися.

У стародавніх породах справді знаходять хімічні сліди, які можуть бути пов’язані з губками. Такі ліпідні біомаркери вказують, що організми тваринного походження могли існувати вже наприкінці кріогенного періоду, понад 635 мільйонів років тому. Водночас інтерпретація цих молекул залишається предметом дискусій, адже подібні хімічні сполуки могли мати й інше походження або змінюватися під час геологічних процесів.

У результаті виникла суперечність. Тілесні скам’янілості переконливо демонструють тварин лише в едіакарських відкладах, а молекулярні дані допускають значно ранішу появу складних багатоклітинних організмів. Саме цю розбіжність науковці намагаються пояснити за допомогою точнішого калібрування молекулярного годинника.

Що показали мікрофосилії з Монголії

Молекулярний годинник використовують для оцінки часу, коли еволюційні лінії розділилися. Метод ґрунтується на порівнянні генетичних відмінностей між сучасними організмами. Якщо відома приблизна швидкість накопичення змін у генах і є надійні викопні обмеження, можна розрахувати орієнтовний вік спільних предків.

Проблема полягає в тому, що результат залежить від того, які саме скам’янілості використовують як часові орієнтири. Тривалий час важливу роль у таких моделях відігравала Вень’анська біота з Китаю. Її фосфоритові мікрофосилії вирізняються надзвичайно доброю збереженістю. Оскільки серед них не виявили однозначних решток тварин, ці відклади використовували як верхню межу, тобто припускали, що на момент їх формування тварини ще не з’явилися або не існували в цьому середовищі.

Дослідницька команда звернула увагу на інший комплекс мікрофосилій — Хесеенську біоту в Монголії. Її вік оцінюють приблизно в 550–526 мільйонів років. Це період, коли тварини вже безперечно мешкали на планеті, проте в монгольських відкладах їхні достовірні рештки також не трапляються.

Важливим є те, що мікрофосилії Хесеенської біоти збереглися не гірше, ніж матеріал із Вень’аню. Крім того, обидва комплекси мають спільні види, що дає змогу порівнювати їхні умови формування та збереження. Якщо в одному добре дослідженому середовищі немає тварин, це ще не означає, що вони не жили на Землі в той час.

Монголійські дані послаблюють припущення, що за сприятливих умов фосилізації рештки тварин неодмінно повинні були залишитися у Вень’анській біоті. Причиною відсутності могли бути особливості екосистеми, відмінності в хімічному складі води, характер осадонакопичення або те, що ранні тварини жили в інших місцях і не потрапляли до відповідного геологічного басейну.

Як змінилися оцінки віку появи тварин

Після аналізу нових даних науковці запропонували переглянути спосіб, у який задають максимальний вік виникнення тварин у моделях. Замість того щоб використовувати лише молодші едіакарські відклади як обмеження, вони розглянули давніші тоніанські породи. Такий підхід не доводить, що тварини точно жили в тоніанський час, але дозволяє моделі не відкидати таку можливість лише через прогалини у викопному записі.

Розрахунки, проведені за різними варіантами калібрування, показали, що крона тварин може мати вік приблизно 800–700 мільйонів років. Кронова група — це останній спільний предок усіх сучасних тварин і всі його нащадки. Отже, йдеться не обов’язково про найперший організм, який можна назвати твариною, а про давню лінію, що дала початок сучасному різноманіттю тваринного світу.

Такий часовий зсув має важливе значення для розуміння ранньої еволюції. Він означає, що основні еволюційні зміни могли відбутися задовго до кембрійського вибуху, коли в геологічному записі раптово з’явилося багато різноманітних форм. Перші тварини могли бути невеликими, м’якотілими та жити в умовах, де їхні рештки майже не мали шансів зберегтися.

Водночас молекулярний годинник має обмеження. Швидкість генетичних змін не завжди є сталою, а давні викопні обмеження можуть бути неповними або неправильно інтерпретованими. Тому отриманий інтервал слід розглядати як наукову оцінку, а не як точну дату виникнення тварин.

Подальші пошуки, ймовірно, зосередяться на породах кріогенного та тоніанського віку в різних регіонах планети. Палеонтологи шукатимуть не лише мікроскопічні тіла або відбитки м’яких організмів, а й сліди життєдіяльності: ходи, нори, борозни та інші зміни в осаді. Додаткову інформацію можуть дати хімічні біомаркери, якщо їх вдасться надійно пов’язати з конкретними групами організмів.

Нове дослідження не ставить остаточну крапку в питанні походження тварин, але змінює сам підхід до проблеми. Відсутність скам’янілостей більше не можна трактувати як безумовний доказ відсутності життя. Поєднання палеонтології, геології, молекулярної біології та аналізу мікрофосилій відкриває можливість, що тваринний світ має набагато довшу історію, ніж досі дозволяли побачити кам’яні свідчення.