حتی قدیمی ترین فسیل های یوکاریوتی تنوع و پیچیدگی خیره کننده ای را نشان می دهند

محققان دانشگاه مک گیل و سانتا باربارا در گزارش جدیدی از میکروفسیل‌های فوق‌العاده حفاظت‌شده نشان دادند که ارگانیسم‌های یوکاریوتی در 1.64 میلیارد سال پیش به شکل‌های متنوعی تکامل یافته بودند. مقاله منتشر شده در گزارش های دیرینه شناسی، مجموعه ای از فسیل های یوکاریوتی را از دوران اولیه تاریخ تکامل این گروه گزارش می دهد. نویسندگان چهار گونه جدید و همچنین شواهدی را برای چندین ویژگی پیشرفته که قبلاً در این یوکاریوت‌های اولیه وجود دارد، توصیف می‌کنند.

لی آن ریدمن، نویسنده اصلی، دستیار پژوهشی در دپارتمان علوم زمین UCSB توضیح داد: «اینها از قدیمی‌ترین یوکاریوت‌هایی هستند که تاکنون کشف شده‌اند. با این حال، حتی در این اولین ورودی‌ها، ما شاهد تنوع زیادی هستیم.»

یوکاریا یکی از حوزه‌های اصلی زندگی را تشکیل می‌دهد که شامل گیاهان، حیوانات و قارچ‌ها و همچنین سایر گروه‌هایی است که سلول‌هایشان هسته‌ای متصل به غشاء دارند، مانند پروتیست‌ها و جلبک‌های دریایی. بسیاری از دانشمندان بر این باور بودند که تمام یوکاریوت های اولیه در اواخر پالئوپروتروزوییک کاملاً مشابه بودند و این تنوع در حدود 800 میلیون سال پیش رخ داد. اما ریدمن و همکارانش فسیل هایی از شخصیت های بسیار متنوع و پیچیده را در سنگ پیدا کردند که تقریباً دو برابر قدمت دارند.

دانشمندان از مطالعات قبلی می‌دانستند که یوکاریوت‌ها تا این زمان تکامل یافته‌اند، اما تنوع آن‌ها در این دوران به خوبی شناخته نشده بود. بنابراین، ریدمن در اواخر سال 2019 به صحرا رفت. در عرض یک هفته، او حدود 430 نمونه از هشت هسته حفاری شده توسط یک شرکت اکتشافی جمع آوری کرد. آنها اکنون در کتابخانه سازمان زمین شناسی منطقه شمالی هستند. دو هسته مورد استفاده برای این مطالعه تقریباً 500 متر چینه نگاری یا 133 میلیون سال را در بر می گیرند و حدود 15 میلیون سال رسوب گذاری قابل توجهی دارند.

ریدمن با شیل‌ها و گل‌سنگ‌ها به ایالات متحده بازگشت: بقایای یک اکوسیستم ساحلی باستانی که به طور متناوب بین لجن‌زارهای کم عمق و زیر جزر و مد و تالاب‌های ساحلی تغییر می‌کرد. غوطه ور شدن در اسید هیدروفلوئوریک، سنگ ماتریکس را حل می کند و میکروفسیل های ارزشمند را متمرکز می کند و سپس زیر میکروسکوپ تجزیه و تحلیل می کند.

ریدمن گفت: «ما امیدوار بودیم گونه‌هایی با ویژگی‌های جالب و متفاوت دیواره‌های سلولی خود پیدا کنیم. او امیدوار بود که این ویژگی ها بتواند آنچه را که در این دوره زمانی در سلول ها اتفاق می افتد روشن کند. با این حال، رسیدن به هر گونه نتیجه گیری در مورد فضای داخلی سلول به تحقیقات زیادی نیاز دارد، زیرا فسیل ها فقط قسمت بیرونی سلول ها را حفظ می کنند.

محققان از تنوع و پیچیدگی حفظ شده در این فسیل ها شگفت زده شدند. آنها 26 گونه، از جمله 10 گونه که قبلاً توصیف نشده بودند، ثبت کردند. این تیم شواهدی غیرمستقیم از اسکلت‌های سلولی و همچنین ساختارهای لایه‌ای پیدا کردند که نشان‌دهنده وجود وزیکول‌های داخلی است که در آن لاملاها تشکیل شده‌اند – شاید پیش‌سازهای اجسام گلژی موجود در سلول‌های یوکاریوتی مدرن. سایر میکروب ها دارای دیواره های سلولی ساخته شده از الیاف بسته بندی شده بودند که به طور مشابه وجود یک اسکلت سلولی پیچیده را نشان می دهد.

نویسندگان همچنین سلول‌هایی با درپوش کوچک پیدا کردند که نشانه‌ای از درجه‌ای از پیچیدگی است. برخی از میکروب ها می توانند کیست ایجاد کنند تا منتظر شرایط نامطلوب محیطی باشند. برای بیرون آمدن، آنها باید بتوانند سوراخی را در پوسته محافظ خود حک کنند. ساخت این درب یک فرآیند تخصصی است. ریدمن گفت: “اگر می خواهید آنزیمی بسازید که دیواره سلولی شما را حل کند، باید واقعا مراقب نحوه استفاده از آنزیم باشید.” بنابراین در یکی از قدیمی‌ترین سوابق یوکاریوت‌ها، ما سطوح بسیار چشمگیری از پیچیدگی را می‌بینیم.»

بسیاری در این زمینه فکر می‌کردند که این توانایی دیرتر به وجود آمد، و شواهدی که برای آن در این گروه وجود دارد بیشتر نشان می‌دهد که یوکاریوت‌ها در این مرحله اولیه چقدر متنوع و پیشرفته بودند. “فرض همیشه این بوده است که این تقریباً در زمان ظهور یوکاریوت ها بوده است. سوزان پورتر، استاد علوم زمین در دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا، می‌گوید و اکنون فکر می‌کنیم که مردم سنگ‌های قدیمی‌تر را کاوش نکرده‌اند.

این مقاله بخشی از یک پروژه بزرگتر است که به بررسی تکامل اولیه یوکاریوت ها می پردازد. ریدمن و پورتر می‌خواهند بدانند یوکاریوت‌های اولیه در چه محیط‌هایی متنوع شدند، چرا آنجا بودند، چه زمانی به جاهای دیگر مهاجرت کردند، و برای پر کردن این جایگاه‌های جدید به چه سازگاری‌هایی نیاز داشتند.

بخش عمده ای از این تلاش مستلزم درک زمانی است که ویژگی های مختلف یوکاریوت ها بوجود آمده اند. به عنوان مثال، نویسندگان کاملاً علاقه مند هستند که بدانند آیا این موجودات با یک محیط اکسیژنی سازگار شده اند یا بدون اکسیژن. اولین نشان می دهد که آنها متابولیسم هوازی و احتمالاً میتوکندری داشتند. هر یوکاریوت مدرنی که پیدا شده است از اجدادی است که میتوکندری داشتند. این نشان می دهد که یوکاریوت ها اندامک را خیلی زود به دست آورده اند و این یک مزیت قابل توجه است.

ریدمن و پورتر در حال حاضر روی گزارش جدیدی از تنوع یوکاریوتی در طول زمان کار می کنند. آنها همچنین نمونه های قدیمی تری را از استرالیای غربی و مینه سوتا جمع آوری کردند. در همین حال، همکاران ژئوشیمی‌دان مک‌گیل آن‌ها مطالعه‌ای را در مورد سطوح اکسیژن و زیستگاه‌های ترجیحی یوکاریوت‌ها هدایت می‌کنند، جنبه‌هایی که می‌تواند تکامل آنها را روشن کند.

ریدمن گفت: «این نتایج دستورالعملی برای جستجوی مواد قدیمی‌تر، یوکاریوت‌های قدیمی‌تر است، زیرا به وضوح این آغاز یوکاریوت‌ها بر روی زمین نیست.