Древние организмы накапливали мышьяк для выживания в токсичных океанах ранней Земли

Исследование предполагает, что самые ранние формы жизни на Земле выработали способы противостоять вредному воздействию мышьяка, чтобы справляться с резкими изменениями в окружающей среде.

Учёные обнаружили, что сложные организмы — эукариоты — накапливали мышьяк внутри специальных компартментов своих клеток. Эта стратегия помогала нейтрализовать действие яда.

С помощью передовой рентгеновской технологии международная команда смогла обнаружить и картировать распределение мышьяка в окаменелостях возрастом 2,1 миллиарда лет из бассейна Франсевиль в Габоне.

Согласно выводам команды, мышьяк в окаменелостях — не результат позднего загрязнения, а часть биологического ответа на стресс окружающей среды. Об этом свидетельствуют отчётливые паттерны, образованные в процессе сохранения мышьяка в ископаемых, в отличие от структур, оставленных неживыми минералами. Это дополнительное доказательство того, что окаменелости когда-то были сложными живыми организмами с продвинутыми клетками.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, меняет текущее понимание того, как ранняя жизнь сталкивалась с экологическими вызовами, подчёркивая критическую роль адаптации в эволюции.

Стратегия выживания в меняющемся мире

«Способность справляться с мышьяком не была чем-то, что эукариоты развили случайно, — сказал соавтор работы доктор Эрнест Чи Фру из Кардиффского университета. — Это совпало с периодом значительных экологических изменений, когда уровень кислорода в атмосфере Земли впервые повысился. Этот рост кислорода также привёл к увеличению концентрации арсената — особенно токсичной формы мышьяка, которая конкурирует с фосфатом, жизненно важным питательным веществом для всей жизни, делая океаны Земли опасным местом».

Исследование основано на предыдущей работе команды над биотой Франсевиль. Учёные полагают, что она появилась после локального подводного вулканического события, которое принесло внезапный приток питательных веществ в небольшое замкнутое море.

Чувствительность и детоксикация

«Мы изучили эволюцию содержания мышьяка в морской воде бассейна Франсевиль до и после появления окаменелостей. В то время, когда эти примитивные эукариоты эволюционировали, концентрация мышьяка была довольно низкой, что заставляет думать, что они должны были жить там вполне счастливо, — добавил доктор Чи Фру. — Однако удивительно высокий уровень мышьяка, накопленного в их телах и выявленный в нашем анализе, говорит о том, что они были чрезвычайно чувствительны даже к низким уровням мышьяка в морской воде. Мы считаем, что это свидетельство стратегии детоксикации, использованной эукариотами: мышьяк накапливался в специальных отсеках их клеток, создавая своего рода иммунитет».

Позже эти организмы вымерли, когда вулканическая активность в регионе возобновилась, а уровень кислорода в морской воде упал.

Эволюция защиты

Исчезновение этих организмов предполагает, что способность сложной жизни защищаться от токсичных веществ, безопасно накапливая их внутри клеток, могла эволюционировать более одного раза в истории Земли.

«Все живые существа имеют способы защиты от мышьяка, — отметил доктор Чи Фру. — Мы знаем, что эти древние организмы вымерли, поэтому способ, которым современная жизнь справляется с мышьяком, не унаследован от них напрямую. Если этот метод детоксикации эволюционировал неоднократно, это показывает, насколько важно было для жизни найти способ справиться с мышьяком, чтобы стать более сложной».