Gabonionty - najstaršie makroskopické koloniálne mnohobunkovce

V roku 2010 publikoval francúzsko-marocký geológ Abderrazak El Albani z Univerzity v Poitiers a Francúzskeho národného centra pre vedecký výskum (CNRS) v prestížnom vedeckom časopise Nature úplnú senzáciu. Opísanie najstarších makrofosílií komplexných, koloniálnych organizmov nájdených v 2,1 miliardy rokov starých bridliciach v Gabone, niekoľko km SZ od mesta Franceville. Tento objav výrazne pozmenil naše chápanie evolúcie života.

Najstaršie geochemické stopy po živote staré zhruba 3,8 miliárd rokov sú známe z metamorfovaných hornín západného Grónska (Ohtomo et al. 2014). Najstaršie telové fosílie pochádzajúce z mikrobiálnych povlakov z Austrálie sú s vekom 3,48 miliardy rokov výrazne mladšie (Noffke et al. 2013). Dávno pred rozvojom mnohobunkových organizmov mal život podobu baktérií a archebaktérií, pričom niektoré z nich vytvárali známe stromatolity. Fosílne eukaryoty, ktoré sa od prokaryotných organizmov líšia prítomnosťou jadra a organel, sú staré aspoň 1,8 miliardy rokov (Knoll et al. 2006). Významnú časť biosféry však museli tvoriť už oveľa skôr, pretože charakteristické biomarkery nasvedčujú ich prítomnosť v horninách austrálskej Pilbary spred 2,7 miliardy rokov (Brocks et al. 1999). Kedy však došlo k vzniku mnohobunkovosti?

Podľa všetkého tento evolučný stupeň dosiahlo viacero rôznych organizmov nezávisle na sebe. Jednoduché typy mnohobunkovosti, v ktorých jednotlivé bunky navzájom komunikujú, poznáme už u siníc. Donedávna sa pôvod makroskopickej mnohobunkovosti spájal s takzvanou ediakarskou biotou starou 580 miliónov rokov.  Objav profesora El Albaniho a jeho tímu (El Albani et al. 2010) však všetko zmenil.

Gabon - tu našiel El Albani (celkom vpravo) a jeho tím najstaršie známe makroskopické mnohobunkovce.

Najstaršie fosílie makroskopických koloniálnych mnohobunkových organizmov s vekom 2,1 miliardy rokov dostali súhrnné pomenovanie „gabonionty“. Ich objavenie sa nie je z geochemického hľadiska náhodné. Súvisí totiž s najväčšou revolúciou v histórii Zeme, tzv. veľkou oxidačnou udalosťou („Great Oxygenation Event“ – GOE). Prvý krát sa kyslík nahromadil v atmosfére asi pred 2,4 – 2,3 miliardy rokov. Zdá sa, že za toto nahromadenie zodpovedá život samotný. Fotosyntéza prostredníctvom siníc sa totiž naštartovala pravdepodobne už pred troma miliardami rokov (Flannery & Walter 2012). Voľný kyslík sa hneď viazal s katiónmi železa a organickými molekulami a v ranej atmosfére reagoval s redukujúcimi minerálmi zemskej kôry. Kyslík sa teda začal v atmosfére hromadiť, až po zoxidovaní oceánov a litosféry. Atmosféra však bola bohatá na metán, ktorý uvoľňovali baktérie. Ten za pomoci UV-žiarenia, oxidu uhličitého a vody ďalej oxidoval. Keď všetky tieto procesy v hydrosfére, litosfére a atmosfére ustali, nastala veľká oxidačná udalosť a takpovediac zmenila svet. Pomerne náhle zvýšenie objemu kyslíka v ranej atmosfére bolo s najväčšou pravdepodobnosťou predpokladom na evolúciu a úspech gaboniont.

Pre gabonionty je typická centrálna guľovitá časť. Čomu orgán slúžil, nie je známe.

Až do ich objavenia sme poznali iba dvoch kandidátov na mnohobunkový makroskopický život. Z 2,1 miliardy rokov starých hornín Indie, Číny a Severnej Ameriky je známa Grypania spiralis, ktorá sa interpretuje ako zvyšky eukaryotických rias (Han & Runnegar 1992). Z 1,5 miliardy rokov starých hornín Montany a Austrálie zase poznáme rod Horodyskia, ktorá predstavuje najstaršiu hubu (Retallack et al. 2013). Obidva organizmy sú morfologicky pomerne jednoduché a pripomínajú spoločenstvá archebaktérií a baktérií. V prípade gaboniont však ide o niečo celkom iné. Vyznačujú sa totiž komplexnou stavbou tela. Zo stoviek nájdených fosílií sú niektoré dlhé až 17 cm a sú reprezentované niekoľkými morfotypmi. Niektoré majú viac-menej okrúhly obrys, iné sú podlhovasté a pripomínajú ploskavce. Zdá sa, že rôzne tvary tela patria odlišným druhom organizmov. Pre všetky fosílie je však charakteristický centrálny orgán guľovitého alebo oválneho tvaru. Tento stred tela bol obklopený výraznou radiálnou štruktúrou a vykrajovaným lemom. Podľa autorov odbornej štúdie tieto štruktúry predstavujú geologicky najstaršie doklady koordinovaného rastu a medzibunkovej komunikácie. Fosílie sa našli v čiernych bridliciach, ktoré sa kedysi usadzovali v pobrežných oblastiach plytkého mora.

Gabonionty tak, ako sa našli v čiernych bridliciach Gabonu. Foto: A. El Albani.

Zdá sa, že vymiznutie gaboniont je úzko späté s ďalším vývojom atmosféry. Iba 100 miliónov rokov po rozkvete gaboniont úroveň kyslíka výrazne poklesla (Canfieldet al. 2013). Kyslíková kríza sa spája s usadzovaním organického uhlíka v horninách počas rozkvetu mnohobunkového života. Tieto horniny sa po 100 miliónoch rokov dostali opäť na povrch a ich zvetrávanie zhltlo ohromné množstvo kyslíka. Systém Zeme sa doslova prepol do stabilnej fázy, keď bol objem kyslíka v atmosfére nízky. Ide o obdobie nazývané „nudná miliarda“, ktoré sa skončilo veľkými klimatickými zmenami pred začiatkom kambria (pred 540 miliónmi rokov), kedy sa objem kyslíka opäť zvýšil a došlo k explózii mnohobunkového života, ktorá trvá dodnes.

Krivka  znázorňujúca zmeny objemu atmosférického kyslíka korešponduje s objavením sa mnohobunkového života dávno pred začiatkom kambria.

Gabonionty vo Viedni
Napriek ohromnému vedeckému významu sa gabonionty doteraz verejnosti nikdy nepredstavili. Prírodovedné múzeum vo Viedni je vôbec prvé na svete ponúkajúce možnosť uvidieť tieto unikátne fosílie na vlastné oči. Výstava, ktorá potrvá do 5. októbra 2014 je výsledkom spolupráce prof. El Albaniho, Dr. Jean-Luc Steffana z Francúzskeho veľvyslanectva vo Viedni a Oddelenia geológie a paleontológie Prírodovedeného múzea vo Viedni. Výstava pozostáva z výberu tých najlepšie zachovaných fosílií spolu s videom ich 3D rekonštrukcie a 40 minútovým filmom so zábermi z lokality a rozhovormi s objaviteľmi gaboniont.

Gabonionty nie sú žiadne blšky. Aj laik ľahko rozozná štruktúry organického pôvodu. Foto: A. Schumacher.

Literatúra

Brocks, J.J., Logan, G.A., Buick, R. & Summons, R.E. 1999. Archean Molecular Fossils and the Early Rise of Eukaryotes. Science, 285, 1033-1036.

Canfield,D.E., Ngombi-Pemba, L., Hammarlund, E.U., Bengtson, S., Chaussidon, M.,Gauthier-Lafaye, F., Meunier, A., Riboulleau, A., Rollion-Bard, C., Rouxel, O.,Asael, D., Pierson-Wickmann, A.C. & El Albani, A. 2013. Oxygen dynamics in the aftermath of the Great Oxidation of Earth’s atmosphere. PNAS, 110, 16736-16741.

El Albani, A., Bengtson, S., Canfield, D.E., Bekker, A., Macchiarelli, R.,Mazurier, A., Hammarlund, E.U., Boulvais, P., Dupuy, J.J., Fontaine., C,Fürsich, F.T., Gauthier-Lafaye, F., Janvier, P., Javaux, E., Ossa, F.O.,Pierson-Wickmann, A.C., Riboulleau, A., Sardini, P., Vachard, D., Whitehouse,M. & Meunier, A. 2010. Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1 Gyr ago. Nature, 466, 100-104.

Flannery, D.T. & Walter, R.M. 2012. Archean tufted microbial mats and the Great Oxidation Event: new insights into an ancient problem. Australian Journal of Earth Sciences, 59, 1-11.

Han, T.M. & Runnegar, B. 1992. Megascopic eukaryotic algae from the 2.1-billion-year-old negaunee iron-formation,Michigan. Science, 257, 232-235.

Knoll, A.H., Javaux, E.J, Hewitt, D. & Cohen, P. 2006. Eukaryotic organisms in Proterozoic oceans. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1023–1038.

Noffke, N., Christian, D., Wacey, D. & Hazen, R.M. 2013. Microbially induced sedimentary structures recording an ancient ecosystemin the ca. 3.48 billion-year-old Dresser Formation, Pilbara, Western Australia. Astrobiology, 13, 1103-1124.

Ohtomo, Y., Kakegawa, T., Ishida, A., Nagase, T. & Rosing, M.T. 2014. Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks. Nature Geoscience,7, 25-28.

Retallack, G.J., Dunn, K.L. & Saxby, J. 2013. Problematic Mesoproterozoic fossil Horodyskia from Glacier National Park, Montana, USA. Precambrian Research, 226, 125-142.

Tomografická rekonštrukcia jednej z gaboniont.

Poďakovanie
Obrazový materiál bol použitý s láskavým dovolením Prírodovedného múzea vo Viedni. Skrátená verzia tohto príspevku bola uverejnená v časopise Quark:


Hyžný, M. & Harzhauser, M. 2014: Najstaršie mnohobunkovce za humnom. Quark 5/2014: 51.