Zalednění Země: Život se ukrýval v tálých jezírkách

Kam se život ukrýval, když Země zmrzla? Vědci z MIT tvrdí, že útočištěm mohly být tajející vodní plochy na povrchu planety pokryté ledem.

V studii publikované v časopise Nature Communications vědci uvádějí, že před 635 až 720 miliony let, během období známých jako „Sněhová koule Země“, kdy byla většina planety pokryta ledem, někteří z našich dávných buněčných předků mohli přečkat v tálých jezírkách.

Vědci zjistili, že eukaryota – komplexní buněčné organismy, které se nakonec vyvinuly v rozmanitý mnohobuněčný život, jaký dnes známe – mohla přežít globální zalednění životem v mělkých vodních plochách. Tyto malé vodní oázy mohly přetrvávat na vrcholu poměrně mělkých ledovců přítomných v rovníkových oblastech. Tam se na povrchu ledu mohly hromadit tmavě zbarvené prachy a úlomky ze spodních vrstev, což zlepšilo jeho schopnost tát a vytvářet jezírka. Při teplotách kolem 0 stupňů Celsia mohla tato tajející jezírka sloužit jako obyvatelná prostředí pro některé druhy raného komplexního života.

Tým dospěl ke svým závěrům na základě analýzy současných tálých jezírek. Dnes se v Antarktidě podél okrajů ledovců nacházejí malá jezírka z tajejícího ledu. Podmínky podél těchto polárních ledovců jsou podobné těm, které s největší pravděpodobností existovaly podél ledovců v blízkosti rovníku během období „Sněhová koule Země“.

Vědci analyzovali vzorky z různých tálých jezírek na šelfové ledovci McMurdo v oblasti, kterou členové expedice Roberta Falcona Scotta z roku 1903 poprvé popsali jako „špinavý led“. Výzkumníci z MIT objevili jasné stopy eukaryotického života v každém jezírku. Společenstva eukaryot se od jezírka k jezírku lišila, což odhalilo překvapivou rozmanitost života v tomto prostředí. Tým také zjistil, že salinita hraje klíčovou roli v druhu života, který dané jezírko může hostit: Jezírka, která byla brakická nebo slanější, měla podobnější eukaryotické komunity, které se lišily od komunit v jezírkách se sladší vodou.

„Ukázali jsme, že tajející jezírka jsou vhodnými kandidáty na to, kde se eukaryota mohla ukrývat během těchto planetárních zalednění,“ říká hlavní autorka Fatima Husain, postgraduální studentka na katedře věd o Zemi, atmosféře a planetách (EAPS) MIT. „To nám ukazuje, že rozmanitost je v těchto typech prostředí přítomna a možná. Je to skutečně příběh odolnosti života.“

Mezi spoluautory studie z MIT patří Schlumberger profesor geobiologie Roger Summons a bývalý postdoktorand Thomas Evans, spolu s Jasmin Millar z Cardiffské univerzity, Anne Jungblut z Přírodovědného muzea v Londýně a Ian Hawes z univerzity Waikato na Novém Zélandu.

Polární ponor

„Sněhová koule Země“ je hovorový termín pro období v historii Země, během kterých planeta zmrzla. Často se používá jako reference na dvě po sobě jdoucí, milion let trvající zalednění, k nimž došlo během kryogenního období, které geologové datují do doby před 635 až 720 miliony lety. Zda byla Země spíše ztvrdlou sněhovou koulí nebo měkčí „sněhovou kaší“, je stále předmětem debaty. Vědci si však jistí jednou věcí: Většina planety byla ponořena do hlubokého mrazu s průměrnou globální teplotou minus 50 stupňů Celsia. Otázkou bylo: Jak a kde život přežil?

„Zajímá nás pochopení základů komplexního života na Zemi. V geologickém záznamu vidíme důkazy o eukaryotech před a po kriogeniu, ale z velké části nám chybí přímé důkazy o tom, kde mohli žít během této doby,“ říká Husain. „Velkou částí této záhady je, že víme, že život přežil. Jen se snažíme pochopit, jak a kde.“

Existuje několik teorií o tom, kde se organismy mohly ukrývat během období „Sněhová koule Země“, včetně některých oblastí otevřeného oceánu (pokud taková prostředí existovala), v okolí a v hydrotermálních průduchech v hlubokém moři a pod ledovci. Při zvažování tálých jezírek Husain a její kolegové sledovali hypotézu, že tajející vody na povrchu ledu mohly být také schopny v té době podporovat raný eukaryotický život.

„Existuje mnoho hypotéz o tom, kde mohl život během kryogenia přežít a ukrýt se, ale nemáme pro všechny z nich vynikající analogy,“ poznamenává Husain. „Tající jezírka nad ledem se dnes na Zemi vyskytují a jsou přístupná, což nám dává příležitost skutečně se zaměřit na eukaryota, která žijí v těchto prostředích.“

Malé jezírko, velký život

Pro svou novou studii vědci analyzovali vzorky odebrané z tálých jezírek v Antarktidě. V roce 2018 Summons a jeho kolegové z Nového Zélandu cestovali do oblasti šelfového ledovce McMurdo ve východní Antarktidě, která je známá tím, že hostí malá jezírka z tajejícího ledu, každé jen několik metrů hluboké a několik metrů široké. Tam voda zamrzá až na mořské dno, přičemž zachycuje tmavě zbarvené sedimenty a mořské organismy. Větrem řízená ztráta ledu z povrchu vytváří jakýsi dopravní pás, který v průběhu času přivádí tyto zachycené trosky na povrch, kde absorbují sluneční teplo, což způsobuje tání ledu, zatímco okolní bez úlomků led odráží dopadající sluneční světlo, což vede k tvorbě mělkých tálých jezírek.

Dno každého jezírka je lemováno rohožemi mikrobů, které se v průběhu let nahromadily a vytvořily vrstvy lepkavých buněčných společenstev.

„Tyto rohože mohou být několik centimetrů silné, barevné a mohou být velmi zřetelně vrstvené,“ říká Husain.

Tyto mikrobiální rohože se skládají z cyanobakterií, prokaryotických, jednobuněčných fotosyntetických organismů, kterým chybí buněčné jádro nebo jiné organely. Zatímco je známo, že tyto starověké mikroby přežívají v některých z nejnáročnějších prostředí na Zemi, včetně tálých jezírek, výzkumníci se chtěli dozvědět, zda eukaryota – komplexní organismy, které se vyvinuly buněčné jádro a další membránové organely – mohou také přežívat v podobně náročných podmínkách. Odpověď na tuto otázku si vyžádala víc než jen mikroskop, jelikož definující vlastnosti mikroskopických eukaryot přítomných mezi mikrobiálními rohožemi jsou příliš jemné na to, aby je bylo možné rozlišit okem.

Pro charakterizaci eukaryot tým analyzoval rohože na přítomnost specifických lipidů, které vytvářejí, tzv. steroly, a také genetických komponent nazývaných ribozomální ribonukleová kyselina (rRNA), které lze obě použít k identifikaci organismů s různou mírou specificity. Tyto dvě nezávislé sady analýz poskytly doplňkové otisky prstů pro určité eukaryotické skupiny. V rámci výzkumu lipidů tým nalezl mnoho sterolů a genů rRNA úzce spojených s určitými typy řas, prvoků a mikroskopických zvířat mezi mikrobiálními rohožemi. Vědcům se podařilo posoudit typy a relativní hojnost lipidů a genů rRNA z jezírka na jezírko a zjistili, že jezírka hostila překvapivě rozmanitý eukaryotický život.

„Žádná dvě jezírka nebyla stejná,“ říká Husain. „Existují opakující se druhy, ale jsou přítomny v různých hojnostech. A našli jsme rozmanité sestavy eukaryot ze všech hlavních skupin ve všech studovaných jezírkách. Tito eukaryoti jsou potomci eukaryot, kteří přežili dobu „Sněhová koule Země“. To skutečně zdůrazňuje, že tajející jezírka během období „Sněhová koule Země“ mohla sloužit jako oázy nad ledem, které vyživily eukaryotický život, který umožnil pozdější diverzifikaci a šíření komplexního života – včetně nás.“

Tento výzkum byl částečně podpořen programem NASA Exobiology, spoluprací Simons na původu života a grantem MISTI od MIT-Nový Zéland.