Czy bakterie stworzyły zwierzęta?

26 października 2023
Blog szalonych naukowców
Po lewej jednokomórkowy wiciowiec, w środku komórka gąbki, po prawej gąbka

W internecie można wyczytać, że większość komórek bakterii w naszym organizmie przekracza o rząd wielkości liczbę naszych komórek. To dość wiarygodna informacja: biorąc pod uwagę, że przeciętna komórka bakteryjna jest znacząco mniejsza od zwierzęcej, jakieś trzy rzędy wielkości (1000 razy), pod względem masy niezliczone rzesze drobnoustrojów sumują się do pojedynczych procentów masy ludzkiego ciała. Znacznie mniej popularna jest hipoteza, zgodnie z którą to bakterie wymusiły wielokomórkowość, a więc i powstanie zwierząt.

Wedle koncepcji Zachary’ego R. Adama i innych z 2018 r. zwierzęta zawdzięczają powstanie dziwnej symbiozie sprzed milionów lat. Celem jej wyjaśnienia trzeba pogrążyć się w zimnym, neoproterozoicznym oceanie.

Książki dla dzieci prezentują zwykle uproszczoną wersję tabeli stratygraficznej, czyli podziału dziejów Ziemi na ery i okresy. Pierwszy jest zwykle kambr, natomiast wszystko przed nim, większość czasu istnienia naszej planety od jej powstania 4,6 mld lat temu do początku kambru koło pół miliarda lat temu określają enigmatycznie prekambrem. Kłóci się to z pojęciem tzw. kambyjskiej eksplozji życia, kiedy w krótkim (w sensie geologicznym) czasie w zapisie kopalnym pojawiły się liczne nowe grupy organizmów. Ewolucja nie działa jednak na zasadzie magii (a saltacjonizm, koncepcję ewolucji poprzez nagłe wielkie skoki ewolucyjne, w tym hipotezę obiecujących potworów, obalono).

Tak więc przodkowie dziwacznych kambryjskich zwierząt musieli powstać i zróżnicować się długo wcześniej, w mrokach prekambru. Rzeczywista tabela stratygraficzna dobrze znany nam czas od kambru aż do teraz łączy w zaledwie jeden eon, fanerozoik, zamiast prekambru wyróżnia zaś kolejne trzy eony: hadeik (skojarzenia z Hadesem, czyli greckim piekłem, jak najbardziej uzasadnione, wtedy formowała się planeta), archaik (za którego powstało życie) i proterozoik.

Tak jak fanerozoik podzielono na ery paleozoiczną (królujące dawne formy życia), mezozoiczną (dinozaury) i kenozoiczną (ssaki), tak proterozoik składa się z (szczęśliwie badacze tym razem stworzyli nazwy łatwe do zapamiętania) paleo-, mezo- i neoproterozoiku. Oczywiście ery dzielą się na okresy. Podobnie jak era mezozoiczna dzieli się na trias (wystawiana w Warszawie Lisovicia), jurę (brachiozaur, stegozaur) i kredę (tyranozaur, triceratops etc.), neoproterozoik dzieli się na ton, kriogen i ostatni ediakar, z którego znane są już całkiem liczne skamieniałości, tzw. fauna z Ediacara w Australii (od niej czerpie nazwę).

A skąd się wzięła nazwa kriogen? Kojarzy się z zimnem i lodem. Istotnie wtedy, jak kilkakrotnie w dziejach Ziemi, lód pokrywał całą planetę. Truizmem jest stwierdzenie, że śnieg i lód mają barwę białą, ale przekłada się to na bardzo ważną cechę: odbijanie promieni słonecznych. Im większą część planety pokrywa lód, tym więcej światła słonecznego odbija z powrotem w kosmos i tym bardziej maleje jej temperatura. W efekcie kilkakrotnie w dziejach Ziemi lód pokrył ją całkowicie (tzw. okresy Ziemi-Śnieżki). Jeden z nich rozpoczął się 710 mln lat temu. Lód odciął dopływ słońca i powietrza. W poprzednio bogatym w substancje odżywcze oceanie zaczęło brakować pokarmu.

Właśnie z tego okresu pochodzą znalezione w południowej Australii skamieniałe szczątki z formacji Trezona, pozostałości pierwszych zwierząt.

Najprostszymi obecnymi zwierzętami są gąbki. Nie mają jeszcze tkanek. Przetarte przez sito i rozdrobnione na pojedyncze komórki, ponownie odbudowują całe zwierzę. Ich komórki przypominają jednokomórkowe wiciowce kołnierzykowe (Choanoflagellata). W obecnych gąbkach żyją jednak także mikroorganizmy mogące stanowić nawet 40 proc. masy gąbki. Dzięki temu organizm w ciągu 30 minut odfiltrowuje z wody taką ilość rozpuszczonych substancji organicznych, jaką wolno żyjące bakterie odfiltrowałyby w czasie miesiąca.

Gromadzące się razem komórki przypominające dzisiejsze wiciowce tworzyły bogatą w substancje organiczne przestrzeń zasiedlaną przez bakterie, także żywiące się odpadami po eukariontach. Retencja biomasy sprzyjała odzyskiwaniu pierwiastków pełniących funkcje kofaktorów enzymów, jak molibden, wanad, żelazo. Ogradzając bakterie, wiciowce wytworzyły coś w rodzaju prymitywnej macierzy pozakomórkowej. Z drugiej strony rozpoczął się horyzontalny transfer genów, czyli zjawisko wymiany genów pomiędzy bakteriami i komórkami eukariotycznymi. Duże stężenie fragmentów DNA z rozpadających się komórek bakteryjnych bądź bakterii wypluwających je w procesach płciowych były wychwytywane przez eukarionty i włączane do ich genomu. Podobne zjawisko obserwuje się dzisiaj. Ewolucja przyspieszyła.

W ten sposób miał powstać ostatni wspólny przodek wszystkich zwierząt zwany po angielsku Urmetazoan (od Ur, miasta w Mezopotamii, z którego miał pochodzić biblijny Abraham).

Czy tak było naprawdę, trudno powiedzieć. Skamieniałości z tamtych czasów są nieliczne, a mikroorganizmy zwykle nie zachowują się w zapisie kopalnym. Niemniej hipoteza może wskazywać, że rola bakterii w ewolucji zwierząt była jeszcze większa, niż się uważa.

Marcin Nowak

Bibliografia

  • Adam, Zachary R., et al. The origin of animals as microbial host volumes in nutrient-limited seas. PeerJ Preprints 6 (2018): e27173v1.

Ilustracje: Clark MA, Choi J and Douglas M (2018) Biology 2e, s. 776, za Wikimedia Commons, CC BY 4.0