В открытом складе в тропическом Дарвине, Австралия, стоят десятки лотков с цилиндрическими кернами породы, пробурёнными сотни метров под поверхностью горнодобывающими компаниями десятилетия назад. Эти компании в основном искали полезные ископаемые, а не секреты бытия, так что их можно простить за то, что они не заметили микроскопические ископаемые древних организмов, погребённые в аргиллите — осадочной породе, образовавшейся из затвердевшего морского ила — внутреннего моря, покрывавшего большую часть северной Австралии более 1,5 миллиарда лет назад.

Как показывает новое исследование, опубликованное в Nature, эти забытые керны играют центральную роль в давней загадке о величайшем эволюционном скачке в истории Земли: происхождении эукариот.

Вся жизнь на Земле делится на две категории, фундаментально различающиеся на клеточном уровне. Прокариоты — бактерии и археи — имеют простое клеточное строение и в основном одноклеточны. Эукариоты, к которым относятся все животные, растения, водоросли и грибы, обладают гораздо более сложными клетками с ядром и специализированными структурами, называемыми органеллами, выполняющими конкретные задачи. Эукариотическая революция преобразила планету, привела к появлению животных и, в конечном счёте, к нам. Основываясь на наблюдениях за генами живых организмов, сейчас широко признано, что последний общий предок всех живых эукариот возник в результате симбиотического союза как минимум двух прокариотических микробов: археи и бактерии.

Первые свидетельства эукариотической жизни появляются в виде ископаемых одноклеточных организмов, демонстрирующих уровень клеточной сложности, не наблюдаемый у прокариот, но обычный для эукариот. Ископаемые эукариот можно найти по всему миру в породах возрастом не менее 1,5 миллиарда лет. Ископаемые Северной территории, самые древние из которых датируются 1,75 миллиарда лет назад, являются старейшими известными на сегодня эукариотическими ископаемыми в мире.

Но древний мир, в котором эволюционировали ранние эукариоты, остаётся окутанным тайной, и многие фундаментальные аспекты их природы неизвестны.

Многие типы бактерий могут жить и расти без кислорода. Но почти все эукариоты, живущие сегодня, используют кислород для выживания, потому что аэробное дыхание — расщепление пищи с использованием кислорода — обеспечивает огромные количества энергии, необходимые сложной жизни. Однако идея о том, что кислород всегда был полезен для всех эукариот, в последние годы подверглась критике после удивительных открытий загадочных эукариот, способных процветать без кислорода. Также накапливаются данные геологической летописи о том, что когда эукариоты только эволюционировали, кислорода, вероятно, было гораздо меньше, а значит, бескислородные морские местообитания были нормой. В совокупности эти наблюдения поставили под сомнение предположение, что эукариоты зависели от кислорода с самого своего возникновения.

Генетические исследования живых микробов, принадлежащих к группам, считающимся ближайшими к предкам первых эукариот, могут дать ключевые сведения о происхождении эукариот. Но только палеонтологическая летопись может рассказать нам о давно вымерших линиях, и только геология может открыть окно в тот мир, в котором жили эти организмы.

В новом исследовании учёные измельчили образцы кернов аргиллита, хранящихся в Дарвине, а затем растворили их. Они идентифицировали более 12 000 ископаемых, анализируя органический остаток под микроскопом. Они также изучили аргиллиты, в которых сохранились ископаемые, чтобы лучше понять, какой была окружающая среда во время отложения осадков, что дало представление о местообитаниях, в которых жили эти эукариоты. А анализируя химический состав этих аргиллитов, они смогли определить, присутствовал ли кислород в древней морской воде.

Результаты показывают, что ископаемые эукариот были найдены в средах от прибрежных илистых отмелей до открытого моря, но только в образцах, отложившихся в кислородсодержащих условиях. Образцы из бескислородных сред содержали только простые прокариотические формы. Это говорит о том, что даже самые древние известные эукариоты, жившие