Открытие микроископаемого в биоте Цинцзян возрастом 518 миллионов лет в Китае проливает свет на адаптивную эволюцию

Важные новости

Обнаружение микрокаменелостей в Китай из биоты Цинцзян возрастом 518 миллионов лет проливает свет на адаптивную эволюцию

(а) Оптическая фотография мягкотелого макроископаемого (экземпляр № cy266) неизвестного происхождения с обильными нитевидными микрофоссилиями Q. cambria (b–g), присутствующими на поверхности. (б) СЭМ-изображение палочковидных клеток, сфотографированное после кислотной мацерации, демонстрирующее эквиморфные и равноразмерные микрокристаллы внутри каждой клетки. (в) СЭМ-изображение, показывающее ячейку, погруженную в глинистые отложения. (г, д) BSEM-изображения, показывающие многоклеточные нити. (f) СЭМ-изображение четырехклеточной нити, показывающее удлиненные клетки с бороздкой деления на средней длине (стрелки). (i) BSEM-изображение нити, состоящей из клеток переменной длины; обратите внимание на сужения между соседними клетками. Фото: Science China Press

Микробная сульфатредукция, начавшаяся еще в палеоархее, играет решающую роль в обеспечении глобальных циклов углерода и серы на древней и современной Земле. В различных средах было идентифицировано более 150 видов сульфатредукторов из типов бактерий и архей. Однако их происхождение неясно, и однозначные окаменелости отсутствуют.

Недавно окаменелость микроорганизма возрастом 518 миллионов лет из Китая, идентифицированная как древняя сульфатредуцирующая бактерия, пролила свет на адаптивную эволюцию сульфатредуцирующих бактерий в ответ на оксигенацию Земли. Об этом новом ископаемом веществе, названном Qingjiangonema cambria, сообщает исследовательская группа под руководством профессора Синляна Чжана из Ключевой лаборатории ранней жизни и окружающей среды Шэньси Северо-Западного университета и профессора Цзиньхуа Ли из Института геологии и геофизики Китайской академии. наук (IGGCAS) и профессор Иньчжао Ван из Школы наук о жизни и биотехнологии Шанхайского университета Цзяо Тонг.

Результат исследования опубликован в журнале Science Bulletin. <р>Цинцзянгонема была обнаружена в черных сланцах формации Шуцзинтуо, из которых состоит биота Цинцзян, ископаемое Lagerstette раннего кембрийского периода типа сланцев Бёрджесс (BST) в Южном Китае. И выглядит он как длинная нить, состоящая из сотен палочковидных клеток. Клетки сужены в местах соединения, имеют ширину от 1 до 3 мкм и длину от 0,8 до 11,0 мкм.

Каждая ячейка снаружи окружена трехслойной ультратонкой пленкой, а внутри заполнена эквиморфными и равномерными микрокристаллами пирита. Уникальная цепочечная морфология и ее присутствие в черных сланцах (цементированных бескислородных илах) дают решающие подсказки для определения биологического родства Qingjiangonema. Точное воспроизведение морфологии клеток за счет заполнения микрокристаллами пирита позволяет предположить, что Цинцзянгонема была способна осаждать минералы внутриклеточно, когда была жива.

Обнаружение микрокаменелостей в Китае из биоты Цинцзян возрастом 518 миллионов лет проливает свет на адаптивную эволюцию» /></p>
<p> (a, b) СЭМ-изображения <i>Q. Камбрия</i>на макрофоссилии на рис. 2а с указанием положения фрезерования FIB продольного и поперечного сечений соответственно. (c) Изображение STEM-HAADF сверхтонкого поперечного сечения на (b), показывающее микрокристаллы, плотно упакованные внутри тонкой оболочки. (d) STEM-HAADF-изображение ультратонкого продольного среза на (а), показывающее, что соседние клетки не связаны с межклеточными границами. Обратите внимание, что микрокристаллы в меньшей ячейке намного меньше, чем в более крупных соседних клетках. (e) Крупный план области в рамке на (c), показывающий ультратонкую многослойную пленку, сравнимую с типичной клеточной оболочкой грамотрицательных бактерий, которая включает цитоплазматическую мембрану (CM) и периплазматическое пространство (PS). и внешняя мембрана (ОМ). Фото: Science China Press </p>
<p>Для дальнейшего определения физиологии Qingjiangonema были проведены in situ анализы изотопов серы внутриклеточных микрокристаллов пирита с использованием вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты показали, что внутриклеточные микрокристаллы пирита имеют легкий изотопный состав серы и большое изотопное фракционирование, которые сопоставимы с таковыми у современной Desulfonema в бескислородной грязи.</p>
<p>Интересно, что среди огромного множества современных сульфатредуцирующих бактерий и их родственников только представители Desulfonema и кабельные бактерии в пределах филума Desulfobacterota демонстрируют схожую цепочечную морфологию. Виды Desulfonema являются нитевидными сульфатредукторами, характеризующимися восстановлением сульфата в бескислородных условиях с большим фракционированием изотопа серы от сульфата до сульфида.</p>
<p>Кабельные бактерии, однако, имеют противоположный метаболизм. Они являются аэробными сульфид-окисляющими бактериями, хорошо известными дальним переносом электронов на расстояния в сантиметровом масштабе и разделяют канонические сульфатредуцирующие гены с представителями Desulfobacterota.</p>
<p>В целом, многочисленные доказательства, включая морфологию ископаемых, оценку условий жизни и изотопный анализ, показывают, что Qingjiangonema была нитевидным многоклеточным сульфатредуцирующим микроископаемым.</p>
<p><img decoding=

(a) Древо времени основных линий рода Desulfobacterota с сульфатредуцирующим Desulfonemaи сульфидокисляющие кабельные бактерии, относящиеся к двум разным ветвям. (б) Эволюция содержания кислорода в атмосфере Земли с течением времени, PAL = современный атмосферный уровень. (c) Упрощенная оценка истории концентрации сульфатов в морской воде. Заштрихованные области, пересекающие (a) и (c), представляют временные интервалы GOE и NOE соответственно, подчеркивая совпадение между филогенетической эволюцией сульфатредуцирующих бактерий и значительным увеличением содержания кислорода в атмосфере Земли, а также концентрацией океанических сульфатов. Фото: Science China Press

Открытие этого замечательного микроископаемого проливает свет на эволюцию сульфатредуцирующих бактерий и кабельных бактерий. Филогеномный анализ и анализ молекулярных часов подтверждают независимое происхождение многоклеточности Desulfonema и кабельных бактерий внутри типа Desulfobacterota.

Что еще более важно, эти молекулярно-биологические анализы показывают, что Desulfobacterota, охватывающая большинство сульфатредуцирующих таксонов, разошлась примерно 2,4 миллиарда лет назад во время Великого палеопротерозойского события оксигенации (GOE), тогда как кабельные бактерии разошлись примерно 0,56 миллиарда лет назад во время или после неопротерозойского события оксигенации. .

В совокупности авторы пришли к выводу, что Qingjiangonema cambria либо родственна Desulfonema, либо представляет собой сульфатредуцирующего предка кабельных бактерий. Они предположили, что сульфатвосстанавливающие бактерии впервые диверсифицировались в ответ на увеличение концентрации сульфатов в океане во время GOE и что сероокисляющие кабельные бактерии произошли от нитчатого многоклеточного предка, восстанавливающего сульфаты, путем изменения пути сульфатредукции, когда большие площади морское дно стало насыщенным кислородом во время или после ННЭ.

Дополнительная информация: Линьхао Цуй и др., Кембрийские микроископаемые Qingjiangonema раскрывают совместную эволюцию сульфатредуцирующих бактерии и насыщение кислородом поверхности Земли, Научный бюллетень (2024 г.). DOI: 10.1016/j.scib.2024.03.001

Предоставлено Science China Press

Новости сегодня

Последние новости