W magazynie pod gołym niebem w tropikalnym Darwin w Australii dziesiątki tac z cylindrycznymi rdzeniami skalnymi, wydrążonymi setki metrów pod powierzchnią przez firmy poszukiwawcze dziesięciolecia temu, czekają na swój moment. Te firmy szukały głównie minerałów, a nie sekretów istnienia, więc można im wybaczyć, że nie zauważyły mikroskopijnych skamieniałości starożytnych organizmów zakopanych w mułowcu – skale osadowej powstałej z twardniejącego mułu morskiego – wewnętrznego morza, które pokrywało znaczną część północnej Australii ponad 1,5 miliarda lat temu.

Jak pokazuje nowe badanie opublikowane w Nature, te zaniedbane rdzenie są kluczowe dla odwiecznej zagadki dotyczącej największego skoku ewolucyjnego w historii Ziemi: pochodzenia eukariontów.

Całe życie na Ziemi dzieli się na jedną z dwóch kategorii, fundamentalnie różnych na poziomie komórkowym. Prokarionty – bakterie i archeony – mają prostą organizację komórkową i są w większości jednokomórkowe. Eukarionty, do których należą wszystkie zwierzęta, rośliny, glony i grzyby, mają znacznie bardziej skomplikowane komórki z jądrem i wyspecjalizowanymi strukturami zwanymi organellami, które wykonują określone zadania. Rewolucja eukariotyczna przekształciła planetę, doprowadziła do powstania zwierząt, a ostatecznie do nas. Na podstawie obserwacji genów żywych organizmów powszechnie zgadza się obecnie, że ostatni wspólny przodek wszystkich żywych eukariontów powstał w wyniku symbiotycznego połączenia co najmniej dwóch prokariotycznych mikrobów: archeonu i bakterii.

Pierwsze dowody na życie eukariotyczne pojawiają się w postaci skamieniałości organizmów jednokomórkowych wykazujących poziom złożoności komórkowej niespotykany wśród prokariontów, ale powszechny u eukariontów. Skamieniałości eukariontów można znaleźć na całym świecie w skałach datowanych na co najmniej 1,5 miliarda lat. Skamieniałości z Terytorium Północnego, z których najstarsze pochodzą sprzed 1,75 miliarda lat, są obecnie najstarszymi znanymi skamieniałościami eukariontów na świecie.

Jednak starożytny świat, w którym ewoluowały wczesne eukarionty, pozostaje owiany tajemnicą, a wiele fundamentalnych aspektów ich natury jest nieznanych.

Wiele typów bakterii może żyć i rosnąć bez tlenu. Ale prawie wszystkie żyjące dziś eukarionty wykorzystują tlen do przetrwania, ponieważ oddychanie tlenowe – rozkładanie pokarmu przy użyciu tlenu – dostarcza ogromne ilości energii, których wymaga złożone życie. Jednak idea, że tlen zawsze był korzystny dla wszystkich eukariontów, została podważona w ostatnich latach po zaskakujących odkryciach enigmatycznych eukariontów, które mogą prosperować bez tlenu. Istnieje również coraz więcej dowodów z zapisu geologicznego, że kiedy eukarionty dopiero ewoluowały, tlen był prawdopodobnie znacznie rzadszy, co oznaczało, że beztlenowe siedliska morskie były normą. Razem te obserwacje podważyły założenie, że eukarionty polegały na tlenie od samego początku.

Badania genetyczne żywych mikrobów należących do grup uważanych za najbliższe przodkom pierwszego eukariontu mogą dostarczyć kluczowych informacji o pochodzeniu eukariontów. Ale tylko zapis kopalny może powiedzieć nam o dawno wymarłych liniach, a tylko geologia może dać wgląd w rodzaj świata, w którym te organizmy żyły.

W nowym badaniu naukowcy zmiażdżyli próbki rdzeni mułowca przechowywane w Darwin, a następnie je rozpuścili. Zidentyfikowali ponad 12 000 skamieniałości, analizując pozostałości organiczne pod mikroskopem. Badali również mułowce, w których zachowały się skamieniałości, aby lepiej zrozumieć, jakie było środowisko, gdy osady były deponowane, co dało wgląd w siedliska, w których żyły te eukarionty. A analizując chemię tych mułowców, mogli ustalić, czy tlen był obecny w starożytnej wodzie morskiej.

Wyniki pokazują, że skamieniałości eukariontów znaleziono w środowiskach od przybrzeżnych błot po otwarte morze, ale tylko w próbkach osadzonych w warunkach tlenowych. Próbki ze środowisk beztlenowych zawierały tylko proste formy prokariotyczne. Sugeruje to, że nawet najstarsze znane eukarionty, które żyły