Darvinā, Austrālijas Ziemeļu teritorijas tropiskajā klimatā, atklātā noliktavā glabājas desmitiem palešu ar cilindriskiem iežu serdeņiem. Tie iegūti no urbumiem, ko derīgo izrakteņu izpētes uzņēmumi pirms vairākiem gadu desmitiem izveidoja simtiem metru dziļumā. Daļa serdeņu ir mudstons — nogulumiezis, kas veidojies no sacietējušiem jūras dibena dubļiem.

Uzņēmumi, kas šos serdeņus ieguva, lielākoties nezināja, ka mudstonā atrodas mikroskopisku organismu fosilijas. Šie organismi tika aprakti senas iekšzemes jūras dibenā, kas pirms vairāk nekā 1,5 miljardiem gadu klāja lielu daļu Austrālijas ziemeļu. Jaunā pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature, fosilijas izmantotas, lai pētītu vienu no svarīgākajiem evolūcijas lēcieniem — eikariotu rašanos.

Divi būtiski atšķirīgi šūnu tipi

Visa dzīvība uz Zemes šūnu līmenī pieder vienam no diviem pamatveidiem. Prokarioti — baktērijas un arheji — parasti ir vienšūnas organismi ar vienkāršu šūnu uzbūvi. Savukārt eikariotiem, pie kuriem pieder visi dzīvnieki, augi, aļģes un sēnes, ir daudz sarežģītākas šūnas ar kodolu un citām specializētām struktūrām jeb organoīdiem, kas veic konkrētus uzdevumus.

Eikariotu rašanās būtiski pārveidoja planētu. Tā pavēra ceļu dzīvnieku un vēlāk arī cilvēku attīstībai. Balstoties uz dzīvo organismu gēnu izpēti, zinātnieki šobrīd plaši pieņem, ka visu mūsdienās dzīvojošo eikariotu pēdējais kopīgais sencis radās vismaz divu prokariotu — arheja un baktērijas — simbiotiskas savienības rezultātā.

Pirmās liecības par eikariotu dzīvību ir vienšūnu organismu fosilijas. To šūnu sarežģītība nav raksturīga prokariotiem, bet ir tipiska eikariotiem. Eikariotu fosilijas atrastas dažādās pasaules vietās iežos, kuru vecums sasniedz vismaz 1,5 miljardus gadu. Ziemeļu teritorijā atrastās fosilijas ir senākās pašlaik zināmās eikariotu fosilijas pasaulē — vecākās no tām datētas ar 1,75 miljardiem gadu.

Skābekļa loma joprojām bija neskaidra

Lai gan agrīno eikariotu fosilijas ir zināmas, pasaule, kurā šie organismi attīstījās, joprojām ir maz izpētīta. Nav zināmi daudzi būtiski aspekti par to dzīvesveidu un izplatību.

Daudzas baktērijas spēj dzīvot un vairoties bez skābekļa. Gandrīz visiem mūsdienu eikariotiem skābeklis ir nepieciešams, jo aerobā elpošana — pārtikas sadalīšana, izmantojot skābekli — nodrošina lielu enerģijas daudzumu, kas vajadzīgs sarežģītai dzīvībai.

Tomēr pēdējos gados pieņēmums, ka skābeklis vienmēr bijis labvēlīgs visiem eikariotiem, ticis apšaubīts. Zinātnieki atklājuši neparastus eikariotus, kas spēj izdzīvot bezskābekļa apstākļos. Turklāt ģeoloģiskie dati liecina, ka laikā, kad eikarioti tikai sāka attīstīties, skābekļa, visticamāk, bija daudz mazāk nekā mūsdienās. Tādēļ bezskābekļa jūras biotopi varēja būt izplatītāki, nekā iepriekš uzskatīts.

Šie novērojumi kopumā radīja šaubas par pieņēmumu, ka eikarioti kopš savas rašanās vienmēr bijuši atkarīgi no skābekļa.

Vairāk nekā 12 000 fosiliju

Dzīvu mikroorganismu ģenētiskie pētījumi, īpaši to grupu, kuras uzskata par tuvākajām pirmo eikariotu senčiem, var palīdzēt izprast eikariotu izcelsmi. Tomēr tikai fosiliju ieraksts ļauj izpētīt sen izmirušas organismu līnijas, bet ģeoloģija sniedz informāciju par vidi, kurā šie organismi dzīvoja.

Pētījumā zinātnieki sasmalcināja Darvinā glabāto mudstona serdeņu paraugus un pēc tam tos izšķīdināja. Mikroskopā analizējot pēc šķīdināšanas palikušās organiskās atliekas, viņi identificēja vairāk nekā 12 000 fosiliju.

Pētnieki izpētīja arī mudstonu, kurā fosilijas bija saglabājušās, lai noteiktu nogulumu veidošanās laika vides apstākļus un eikariotu dzīvesvietas. Iežu ķīmiskais sastāvs ļāva noskaidrot, vai senajā jūras ūdenī bija skābeklis.

Fosilijas atrastas tikai skābekli saturošā vidē

Rezultāti parādīja, ka eikariotu fosilijas atrastas vidēs no piekrastes dubļu līdzenumiem līdz atklātai jūrai. Tomēr tās bija tikai tajos paraugos, kas nogulsnējušies ar skābekli bagātā vidē. Paraugos no bezskābekļa apstākļiem bija sastopamas vienīgi vienkāršas prokariotu formas.

Tas liecina, ka pat senākie zināmie eikarioti, kas uz Zemes dzīvoja pirms 1,7 līdz 1,4 miljardiem gadu, bija atkarīgi no skābekļa. Iegūtie dati atbalsta jau iepriekš izvirzīto hipotēzi, ka skābeklim bija būtiska loma agrīno eikariotu evolūcijas veicināšanā.

Jautājums par to, kas izraisīja agrīno eikariotu pārstāvēto lielo evolūcijas lēcienu un kādi bija tā apstākļi, joprojām ir viens no nozīmīgākajiem neatrisinātajiem jautājumiem dzīvības zinātnēs. Turpmāki šo mīklaino seno mikrofosiliju pētījumi varētu palīdzēt labāk izprast arī cilvēku izcelsmi un mūsu vietu Visumā.