REKLAMA


 

REKLAMA


 

Liczące 2,8 do 2,7 mld lat stromatolity z Afryki Południowej, w których znalezione zostały pozostałości najstarszych jądrowych form życia Liczące 2,8 do 2,7 mld lat stromatolity z Afryki Południowej, w których znalezione zostały pozostałości najstarszych jądrowych form życia Archiwum autorów (4)

Kiedy i gdzie powstało życie na Ziemi? To pytanie od dawna nurtuje nie tylko naukowców. Częściowo na nie odpowiada odkrycie najstarszych mikroglonów.


Kazmierczak_Jozef

Autorami tekstu są


Józef Kaźmierczak

Instytut Paleobiologii, Polska Akademia Nauk, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Prof. dr hab. Józef Kaźmierczak jest emerytowanym pracownikiem Zakładu Paleobiologii Środowiskowej IP PAN. Zajmuje się przede wszystkim wczesną ewolucją systemów żywych, koewolucją życia i planety oraz astrobiologią.

 

Kremer_Barbara


Barbara Kremer

Instytut Paleobiologii, Polska Akademia Nauk, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

 

Dr hab. Barbara Kremer pracuje w Zakładzie Paleobiologii Środowiskowej. Zajmuje się przede wszystkim badaniem roli mikroorganizmów w ewolucji biosfery i procesach skałotwórczych.


Narodziny życia i wczesne etapy jego ewolucji wysunęły się w ostatnich latach na pierwszy plan programów badawczych wielkich ośrodków naukowych, zarówno w płaszczyźnie teoretycznej, jak i eksperymentalnej. Poza aspektami czysto poznawczymi to wielkie zainteresowanie zagadnieniami biogenezy i wczesnego rozwoju systemów żywych wynika z intensywnie realizowanego międzynarodowego programu badań astrobiologicznych, opracowanego przez NASA w postaci dokumentu znanego jako Astrobiology Roadmap. Szczególne miejsce zajmują w nim wytyczne dotyczące poszukiwania życia na Marsie, zarówno tego być może istniejącego obecnie, jak i tego z odległej przeszłości tej planety. Przy logicznym założeniu, że wczesne fazy formowania się Ziemi i Marsa były podobne, duże oczekiwania wiążą się z wynikami poszukiwań śladów życia zachowanych w najstarszych ziemskich formacjach skalnych. Dla ekspertów przygotowujących i nadzorujących realizację misji marsjańskich stanowią one ważne wskazówki przy wyborze miejsc i tras operacyjnych dla marsjańskich lądowników i łazików.

 

Pojedynczo i w koloniach

 

Geologiczne formacje osadowe zwane archaikiem utworzyły się w czasie pierwszych 2‒2,5 mld istnienia Ziemi. Z tego powodu są przedmiotem wielkiego zainteresowania paleobiologów, mimo wielkiej rzadkości znajdowanych w nich obiektów o cechach biologicznych, ich bardzo słabego stanu zachowania i trudności w ustaleniu ich afiliacji systematycznej. Zachowało się bardzo niewiele skał pochodzących z tego najwcześniejszego okresu ewolucji życia. Takie „archaiczne” ostańce można znaleźć zaledwie w kilku miejscach na świecie, np. na Grenlandii, w Australii i Afryce Południowej. Paleobiologia archaiku dostarczyła bardzo nielicznych skamieniałości biomorficznych obiektów interpretowanych jako pozostałości mikrobów, porównywanych najczęściej z dzisiejszymi cyjanobakteriami, tj. fototroficznymi mikroorganizmami o organizacji bezjądrowej (prokariotycznej).

 

  • Rozgałęziona szczytowa część plechy syfonalnego mikroglona z neoarchaiku Afryki Południowej (z lewej) i analogiczne mikroglony dzisiejsze

 

Od powstania życia na Ziemi, co wydarzyło się mniej więcej 3,7 mld lat temu, życie miało postać pojedynczych komórek, z czasem tworzących kolonie i maty mikrobialne. Choć pojedyncze komórki niezwykle rzadko zachowują się w skale, maty mikrobialne (przede wszystkim cyjanobakteryjne) ulegały mineralizacji, tworząc stromatolity i przetrwały do dziś, stanowiąc jednocześnie dowód wczesnego pojawienia się życia na naszej planecie. Otwarte pozostawało natomiast pytanie o istnienie w archaiku form życia o organizacji jądrowej (eukariotycznej).

 

Bez zniechęcenia

 

Organizmy eukariotyczne były z pewnością jednym z największych wynalazków ewolucyjnych w historii życia. Choć dokładny czas ich pojawienia się jest nieznany, podejmowane są próby jego określenia w oparciu o metody molekularne. Te ostatnie – zwane zegarami molekularnymi – wskazują, że eukarionty wyewoluowały nie wcześniej niż ok. 2 mld lat temu. Nieco inaczej sprawa przedstawia się od strony zapisu paleontologicznego. Najstarsze do tej pory znaleziska, uznane za wiarygodne pozostałości eukariontów, pochodzą z osadów liczących 1,8–1,6 mld lat. Rozpoznanie organizmów eukariotycznych w zapisie kopalnym archaiku jest niezwykle trudne i kontrowersyjne, ponieważ jedynym kryterium, jakim dysponujemy, jest morfologia. Choć w przeważającej większości jednokomórkowe eukarionty są rozmiarowo większe od komórek bakterii, są też takie, których rozmiary są takie same jak dużych komórek prokariotycznych. Ściany większości jednokomórkowych glonów nie mają też żadnych struktur je wyróżniających. Ponadto osady archaiku przeszły diagenezę, tzn. że przez długi czas były poddane wysokiej temperaturze i ciśnieniu, wpływającym destrukcyjnie na delikatną materię organiczną. To nie zniechęca jednak badaczy do poszukiwania najstarszych śladów życia.

 

Dokumentacja odkrycia

 

W wyniku realizacji projektu finansowanego w ramach rządowego programu współpracy naukowej pomiędzy Polską i Republiką Afryki Południowej i grantu Narodowego Centrum Nauki odkryliśmy i udokumentowaliśmy, za pomocą szczegółowej analizy mineralogicznej, geochemicznej i nanoskopowej, pierwsze morfologicznie zachowane mikroskamieniałości eukariotyczne z osadów archaiku. Znaleźliśmy je dzięki współpracy z profesorem Władysławem Altermannem (Pretoria University) w jeziornych stromatolitach neoarchaiku Afryki Południowej (Sodium Group, Ventersdorp Supergroup) liczących ok. 2,8–2,7 mld lat. Mają one formę rzadko terminalnie rozgałęziających się, niesegmentowanych mineralnych rurek, o średnicy 30–70 mikrometrów i długości kilkuset mikrometrów, w których wnętrzu zachowane są często ślady węglistej substancji, przypuszczalnie pozostałości po zdegradowanej cytoplazmie. Obiekty te są zmineralizowane krzemionką i glinokrzemianami, materia organiczna zachowała się zaś w bardzo niewielkich ilościach. Od ścianek rurek odchodzą niekiedy banieczkowate struktury przypominające gametangia niektórych glonów. Pod względem anatomicznym te mikroskamieniałości dają się dobrze porównać z dzisiejszymi i kopalnymi mikroglonami cewnikowatymi (syfonalnymi) zaliczanymi do zielenic (rząd Ulvales) lub różnowiciowców (rząd Vaucheriales). To wielkie morfologiczne podobieństwo mikroglonów z archaiku Afryki Południowej do żyjących przedstawicieli glonów cewnikowatych potwierdza poglądy tych biologów ewolucyjnych, którzy na podstawie badań molekularnych widzą w nich formy wyjściowe do rozwoju roślinności naszej planety.

 

Początki w jeziorach?

 

Odkrycie tak wczesnych organizmów jądrowych jest naukową sensacją na światową skalę. Przesuwa ono dotychczas udokumentowany czas pojawienia się w zapisie paleontologicznym pierwszych eukariontów o ponad miliard lat i oznacza konieczność dokonania zasadniczej korekty w kalibracji opracowanych dotychczas filogenetycznych skal biomolekularnych (tzw. zegarów molekularnych) oraz zredefiniowania obowiązujących obecnie modeli funkcjonowania i ewolucji wczesnej biosfery Ziemi. Nasze odkrycie ma też znaczenie przy konstruowaniu programów poszukiwań życia na innych planetach. Silnie zmineralizowane plechy odkrytych przez nas mikroglonów są ponadto dowodem bardzo wczesnego rozwoju procesów biomineralizacyjnych w przyrodzie pierwotnej Ziemi. Ponieważ wszystkie glony są organizmami tlenowymi – wytwarzającymi tlen i jednocześnie wymagającymi tlenu w procesach metabolicznych – ich obecność w późnym archaiku pozwala zrewidować rozpowszechnione dotychczas poglądy o beztlenowej lub bardzo nisko tlenowej atmosferze archaiku. Jeziorny charakter środowiska życia odkrytych przez nas mikroglonów w sąsiedztwie struktur zwanych stromatolitami wskazuje ponadto na istnienie w tym czasie śródlądowych akwenów pod względem hydrochemicznym takiej mineralizacji sprzyjających. Odkrycie pozostałości najstarszych glonowych organizmów jądrowych w osadach zbiorników śródlądowych podważa obowiązujący dotychczas pogląd, iż najstarsze organizmy powstały w morzu i dopiero znacznie później zasiedliły inne środowiska.

 

 

  

  • Jądrowe formy życia sprzed prawie 2,8 mld lat (neoarchaik Afryki Południowej): fragmenty zmineralizowanych plech syfonalnych mikroglonów
    Wymacerowane chemicznie z jeziornego stromatolitu archaiku Afryki Południowej fragmenty plech syfonalnych mikroglonów z przypuszczalnymi strukturami reprodukcyjnymi (z prawej)

 

 

Słowniczek

Cyjanobakterie (sinice) – fototroficzne mikroorganizmy o organizacji bezjądrowej (prokariotyczne)
Stromatolity – warstewkowane struktury sedymentacyjne utworzone przez maty mikrobialne, najczęściej cyjanobakteryjne
Komórki prokariotyczne – komórki o organizacji bezjądrowej, występujące wyłącznie jako organizmy jednokomórkowe
Komórki eukariotyczne – komórki o organizacji jądrowej, podstawowe jednostki strukturalne i funkcjonalne wszystkich organizmów wielokomórkowych, występujące też jako samodzielne organizmy jednokomórkowe, (np. pierwotniaki i niektóre glony)


 

Chcesz wiedzieć więcej?

Kaźmierczak J., Kremer B., Altermann W., Franchi I. (2016). Tubular microfossils from 2.8- 2.7 Ga-old lacustrine deposits of South Africa: A sign for early origin of eukaryotes? Precambrian Res. 286, 180–194.
Knoll A.H., Javaux E.J., Hewitt D., Cohen P. (2006). Eukaryotic organisms in Proterozoic oceans. Phil. Trans. R. Soc. B 361, 1023–1038.
Knoll A.H., Bergmann K.D., Strauss JV. (2016). Life: the first two billion years. Phil. Trans. R. Soc. B 371: 20150493.


© Academia nr 4 (48) 2016

 

 

Posłuchaj:

„Kiedy zaczęło się życie na Ziemi?” – Radiowej Akademii Nauk w radiu TOK FM z udziałem prof. Józefa Kaźmierczaka

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria materiałowa język językoznawstwo klimatologia kobieta w nauce komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura matematyka medycyna migracje mikrobiologia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt robotyka seksualność socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl