Czy prototaksyty to kolejna i nieznana grupa wielokomórkowych eukariontów?

Grafika wygenerowana przez AI. Fałszywy jest obraz w tle, bo widać tam współczesny las. Lądowe bezkręgowce można uznać za poprawne. 

W tle tej opowieści będzie przewijało się pytanie o kierunkowość i przypadek w ewolucji. Życia biologicznego. Na ląd także wielokomórkowce wychodziły kilkukrotnie i niezależnie od siebie. W morzach eksplozja wielokomórkowej różnorodności zaczęła się wraz z fauna ediakarską a potem była eksplozja kambryjska. A na lądzie? Rośliny, grzyby i zwierzęta. To znamy od dawna. Jednakże za sprawą prototaksytów zastanawiamy się czy było coś jeszcze? Jakaś nieznana do tej pory linia eukariontów. I czy warto w biologii śmielej myśleć nie tylko o gatunkach i osobnikach ale holobiontach, takich organizmalnych mini-ekosystemach. Ze środowiska wodnego znamy stromatolity. Biologia nieustannie zaskakuje. Prototaksyty znane są od Ponad 150 lat a ciągle nie wiadomo co to było. Dyskusja nieustannie trwa.

Gdybyśmy mogli cofnąć się o czterysta milionów lat, nie znaleźlibyśmy na lądzie niczego, co przypomina dzisiejsze lasy. Nie byłoby szumu liści, nie byłoby cienia rzucanego przez korony drzew, nie byłoby nawet zapachu żywicy. A jednak… byłby „las”. Tylko taki, o jakim nie śniło się botanikom.

Wyobraź sobie równinę dewońską: wilgotną, ciepłą, pełną mgieł unoszących się nad płytkimi strumieniami, rzekami lub dolinnymi zbiornikami okresowymi. Ziemię porastają niskie rośliny – prymitywne, kruche, ledwie kilkucentymetrowe. Mszaki i pierwsze rośliny telomowe w postaci psylofitów. Wśród nich pełzają pierwsze stawonogi, niepewne, czy to wszystko nie jest jakimś eksperymentem, który zaraz się skończy. A potem podnosisz wzrok. I widzisz je. Kolumny. Być może szare, masywne, gładkie. A może z jakimiś fotosyntetyzującymi symbiontami? Może nie z chlorofilem tylko innymi barwnikami, a wiec wcale nie zielone? Wyrastają z ziemi jak obeliski ustawione przez kogoś, kto nie znał pojęcia „umiar”. Najwyższe mają osiem metrów. W tym dawny, sylurskim lub dewońskim świecie, gdzie większość życia nie przekracza wysokości kolana, to jak wieżowce. To Prototaxites – największe organizmy lądowe swoich czasów. Nie drzewa, choć wyglądają jak pnie. Nie rośliny, choć stoją pionowo i dominują krajobraz. Najprawdopodobniej gigantyczne grzyby, które postanowiły wyrosnąć tak wysoko, jak tylko pozwalała im ówczesna atmosfera.

"Las" prototaksytowy nie szumi. Nie pachnie igliwiem. Nie daje cienia innego niż cień prostej kolumny. Jest cichy jak kamienny krąg, choć żywy. W jego wnętrzu panuje półmrok, ale nie dlatego, że coś zasłania słońce – raczej dlatego, że powietrze jest ciężkie od wilgoci, a światło rozprasza się na mglistych oparach. Na powierzchni tych kolumn osiadają glony i bakterie, tworząc nieregularne wzory, jakby ktoś malował je pędzlem zrobionym z mchu. Między tymi prototaksytowymi kolumnami rosną pierwsze rośliny naczyniowe, nieśmiałe pionierki przyszłych lasów. Ich cienkie łodygi drżą przy każdym podmuchu wiatru, jakby bały się, że te gigantyczne sąsiedztwa je przygniotą. A jednak to właśnie w cieniu Prototaxites rodzi się przyszłość – gleba powoli wzbogaca się o materię organiczną, a świat "uczy się", jak wygląda życie na lądzie. Językiem biologicznym napisalibyśmy: świat biologiczny kolonizuje środowisko lądowe. 

Gdy patrzysz na ten las, masz wrażenie, że trafiłeś do świata, który dopiero się zastanawia, czym chce być. Jakby ewolucja próbowała różnych pomysłów, nie przejmując się tym, czy są praktyczne, czy estetyczne. Prototaxites jest jednym z tych pomysłów – śmiałym, dziwnym, niepowtarzalnym. Oczywiście, zawarte w tekście antropomorfizowanie ewolucji (a wiec procesu) jest tylko literackim zabiegiem dla urozmaicenia narracji a nie oddaniem rzeczywistości. A potem, po kilkudziesięciu milionach lat, ten prototaksytowy świat znika. Chyba bez potomków, bez kontynuacji. Jakby był tylko szkicem, próbą, notatką na marginesie historii życia. Zostają po nim skamieniałe fragmenty – przekroje pełne rurek, które bardziej przypominają strukturę grzybni niż cokolwiek roślinnego. I zostaje wyobraźnia, która próbuje odtworzyć ten niezwykły krajobraz: las bez drzew, cień bez liści, kolumny bez architekta. Las prototaksytowy. Pierwszy las, który nie był lasem. I jeden z najpiękniejszych dowodów na to, że procesy ewolucyjne bioróżnorodności ziemskiej biosfery potrafią być bardziej kreatywne i zaskakujące, niż nam się wydaje.

Dewon, około 400 milionów lat temu. Spacerujesz sobie po równinach Laurosji. Zero drzew, żadnej trawy, a tu nagle wyrasta przed Tobą coś wielkiego o kształcie... powiedzmy kaktusa. Ma metr średnicy i prawie 8-9 metrów wysokości. Oto Prototaksyt. Największy organizm jaki można było spotkać na powierzchni ziemskich lądów 410-370 milionów lat temu. Skamieniałości tych organicznych wieżowców znajdujemy od dawna, ale badacze wciąż nie są pewni ich charakteru. Znamy ale ciągle nie rozumiemy. Przez długi czas Prototaksyty traktowano w kategorii gigantycznego pra-grzyba. Argumentem miała być rurkowata budowa wewnętrzna, brak struktur koniecznych do fotosyntezy oraz cudzożywność. Jednak nowa publikacja z "Science Advances" komplikuje ten obraz. Biolodzy z Edynburga przeanalizowali skamieniałość Prototaxites taiti, znalezioną w północno-wschodniej Szkocji. To o tyle istotne, że badacze pracujący przy stanowisku Rhynie Chert, mieli możliwość bezpośredniego porównania zagadkowego organizmu właśnie z dawnymi grzybami, które w podobnym czasie występowały na tym samym obszarze. Więcej danych do porównań i dlatego nowe wnioski, nowe hipotezy. 

Wynik okazał się negatywny. Anatomicznie i chemicznie prototaksyty nie przypominają dewońskich grzybów. Albo więc jest to dziwaczny przykład gatunku, który wyjątkowo nie chce przyznać się do swojego pochodzenia, albo mamy do czynienia z zupełnie inną, nieznaną i już wymarłą gałęzią życia eukariotycznego. Czegoś, co nie było grzybem, rośliną, ani zwierzęciem i nie ma dziś żadnych potomków. A przynajmniej jeszcze nie zidentyfikowaliśmy tych potomków. Jak to pięknie ujęła współautorka publikacji, Laura Cooper: "Prototaksyty stanowią niezależny eksperyment, przeprowadzony przez życie, w celu zbudowania dużych, złożonych organizmów, o czym możemy się dowiedzieć jedynie dzięki wyjątkowo dobrze zachowanym skamieniałościom".

Prototaxites to jeden z najbardziej zagadkowych organizmów paleozoicznych. I nic dziwnego, że fascynuje kogoś, kto lubi pogranicza biologii, historii życia i dziwnych form przejściowych. To klasyczny przykład „paleontologicznej zagadki”, która przez ponad 150 lat była interpretowana na różne sposoby. Od ponad 150 lat nauka zastanawia się, co to właściwie było? Prototaxites żyły w okresie środkowego i późnego dewonu (ok. 420–370 mln lat temu). Występowały na lądach, które dopiero zaczynały się zielenić pierwszymi roślinami lądowymi, zanim pojawiły się duże drzewa i złożone ekosystemy leśne. Najbardziej uderzającą ich cecha to wysokość do 8 metrów, średnica do 1 metra, kształt przypominający pionowy pień lub walec. Choć są i interpretacje, że wcale nie były to pionowe kolumny tylko leżące struktury, czerpiące wodę ze zbiorników dla jeszcze większej siatki komórek czy to grzybowych, czy jeszcze czegoś innego. Po tylu milionach lat trudno zrekonstruować te organizmy (a może holobionty?) na podstawie skamieniałości. W świecie, gdzie najwyższe rośliny miały 1–2 metry, prototaksyty był gigantami.

Co o nich wiemy z budowy odszyfrowanej w skamieniałościach? Przekroje skamieniałości pokazują: sieć rurek o różnej średnicy, brak typowych tkanek roślinnych (brak naczyń, brak liści, brak korzeni), strukturę przypominającą plechę grzybową lub porostową. To właśnie ta nietypowa anatomia sprawiła, że interpretacje były tak rozbieżne. Obraz prototaksytów nie pasuje do znanego nam świata. Tak jak kiedyś fauna ediakarska. Ale lata badań i nowych odkryć pozwoliły nam zrozumieć faunę ediakarska i powiązać z poznanymi już elementami dawnej i współczesnej ziemskiej bioróżnorodności. Może niebawem i tak będzie z tymi tajemniczymi prototaksytami?

Przez lata proponowano różne hipotezy w odniesieniu do protaksytów. Sugerowano, że to gigantyczny glon lub roślina zarodnikowa. W XIX wieku uważano go za przodka iglastych (stąd nazwa Prototaxites – „pierwszy cis”). Ta interpretacja jest dziś odrzucona. To może gigantyczny grzyb? To najbardziej znana hipoteza i ta, która zdobyła najwięcej zwolenników. Argumentami za taką rekonstrukcją są następujące: budowa przypomina strzępki grzybni, brak tkanek przypominających znane struktury roślinne, Na dodatek izotopy węgla wskazują na heterotroficzny tryb życia analizowanego organizmo. A może to gigantyczny porost (symbioza grzyba i glonu)? Hologenom? To hipoteza z lat 2000., oparta na strukturze przypominającej plechę porostową. Zwolennicy argumentują, że porosty dobrze radzą sobie w ubogich, wczesnych ekosystemach lądowych, Być może w sylurze i dewonie mogły tworzyć duże, stabilne lądowe konstrukcje.

To co ważne to to, że najnowsze analizy izotopowe sugerują, że prototaksyty nie były autotrofami. Pobierały materię organiczną z otoczenia, miały zmienny skład izotopowy, typowy dla organizmów saprotroficznych. To mocno wspiera interpretację grzybową.

W dewonie ląd był jeszcze „surowy” - niskie rośliny, brak dużych drzew, cienkie gleby. Prototaksyty mogły pełnić funkcję dominującego destruenta, stabilizatora gleby oraz pioniera kolonizacji lądu. Tu warto wspomnieć o rybikach i pierwszych lądowych stawonogach lądowych. One dopiero się pojawiały na lądzie. I być może dopiero później owady stały się liderem w dekompozycji martwej materii organicznej na lądzie.

Prototaksyty były prawdopodobnie jednym z największych organizmów lądowych swoich czasów. Dewońscy giganci. Wyobraź sobie dewoński brzeg rzeki: niskie rośliny przypominające mchy i ryniofity. Ryniofity, (Rhyniophyta) to pierwotne, pionierskie rośliny lądowe, przodkowie roślin naczyniowych i znanych nam leśnych drzew. Pojawiły się w sylurze a wymarły pod koniec dewonu. A skoro wspominałem już o psylofitach to warto przypomnieć, że współcześnie uważa się psylofity za takson polifiletyczny, obejmujący trzy niespokrewnione bliżej ze sobą gromady: ryniofity, trymerofity i zosterofilofity. W okresie dewonu żyły ryniofity dorastające do pół metra wysokości. Na lądzie brak było zwierząt większych niż 50 cm, a pośród tego wyrastały kilkumetrowe, szare, walcowate kolumny. To musiał być widok bardziej surrealistyczny niż jakikolwiek współczesny las. Ale kiedyś morska fauna ediakarska też nam się wydawała surrealistyczna. Nauką krok po kroku rozjaśnia nam mroki dawnych er i dziwacznej z pozoru bioróżnorodnosci.

Dlaczego prototaksyty tak fascynują? Bo były zbyt duże jak na grzyby, zbyt dziwne jak na rośliny, zbyt regularne jak na przypadkową strukturę. I pojawiły się na Ziemi w momencie, gdy życie dopiero eksperymentuje z formami lądowymi. To idealny przykład, jak procesy ewolucji potrafią tworzyć formy, które nie mieszczą się w naszych współczesnych kategoriach. Podkreślę kolejny raz - na razie nam się nie mieszczą w dotychczasowych kategoriach. Przypomnijmy, bo to ważne. Prototaksyty były pierwszymi olbrzymimi organizmami, które zamieszkiwały powierzchnię lądową Ziemi. Pojawiły się w późnym sylurze i dewonie, około 420–370 milionów lat temu. Organizmy te, znane z kolumnowych skamieniałości, mogły osiągać długość (wysokość?) do 8 m, dominowały we wczesnych ekosystemach lądowych na długo przed pojawieniem się drzew. Prototaksyty były szeroko rozpowszechnione w starożytnych środowiskach lądowych i najprawdopodobniej były zjadane przez ówczesne lądowe stawonogi. Odegrały znaczącą rolę ekologiczną w kluczowej fazie kolonizacji lądu. Jednak mimo ponad 165 lat badań, ich biologiczna tożsamość nadal nie została rozstrzygnięta, a paleontolodzy spierają się, czy były to grzyby, czy też przedstawiciele całkowicie wymarłej linii złożonego, wielokomórkowego życia eukariotycznego.

W nowym badania dr Corentin Loron wraz z zespołem skupili się na Prototaxites taiti, gatunku zachowanym w wyjątkowych trójwymiarowych szczegółach w liczącym 407 milionów lat czercie Rhynie w Aberdeenshire w Szkocji. Jest to jeden z najstarszych znanych do tej pory skamieniałych ekosystemów lądowych. Skamieniałości te odznaczają się ponadto bardzo dobrym stanem zachowania oraz dużą różnorodnością zachowanych tam organizmów. W badaniach tych wykorzystano zupełnie nowatorskie podejście z wykorzystaniem technologii komputerowych bazujących na danych molekularnych dotyczących skamieniałości. Udało się w ten sposób zobaczy to, co do tej pory nie było widoczne. To jeszcze jeden przykład tego, że postęp w nauce następuje także za sprawą nowych metod badawczych. We wspomnianych już badaniach naukowcy zbadali nowy okaz Prototaxites taiti, będący największym znanym okazem gatunku z tego stanowiska. Pozwoliło na szczegółowe porównanie jego cech anatomicznych i molekularnych z grzybami kopalnymi zachowanymi w tej samej skale. Badania mikroskopowe ujawniły złożoną strukturę wewnętrzną, niespotykaną u żadnego znanego grzyba.

Skamieniałość składa się z trzech odrębnych typów rurek, w tym dużych, grubościennych rurek z pierścieniowymi pasmami i gęstymi kulistymi obszarami znanymi jako plamki rdzeniowe. Plamy te składają się ze skomplikowanych, trójwymiarowych sieci połączonych ze sobą rurek, tworząc rozgałęziony wzór, który zdaniem naukowców nie ma sobie równych w biologii grzybów. Wykorzystując spektroskopię w podczerwieni i klasyfikację opartą na uczeniu maszynowym, autorzy porównali odcisk „palca molekularnego” (nawiązanie do terminów znanych z detektywistyki – odcisk palca) prototaksytów z analogicznymi a danymi, dotyczącymi kopalnych grzybów, stawonogów, roślin i bakterii, zachowanych w skamieniałościach z Rhynie. Skamieniałości grzybów z tego stanowiska zachowały charakterystyczne sygnatury chemiczne związane ze ścianami komórkowymi bogatymi w chitynę, ale sygnatury te nie występowały u prototaksytów. To by wykluczało grzybowa przynależność prototaksytów. Zebrane dowody strukturalne, chemiczne i biomarkerowe podważają tezę, że Prototaxites należały do jakiejkolwiek grupy grzybów, w tym do wczesnych krewnych współczesnych grzybów. Prototaksyty wykazują cechy anatomiczne i chemiczne odmienne od grzybów i roślin, a zatem można z dużą dozą pewności przyjąć, że należały do całkowicie wymarłej ewolucyjnie gałęzi życia. Z pewnością były organizmami eukariontycznymi. 

Prototaksyty stanowią zatem niezależny ewolucyjny eksperyment, w wyniku którego życie stworzyło duże, złożone, wielokomórkowe organizmy. Na razie są niewiadomą, tak jak jeszcze do niedawna była fauna ediakarska. Czekamy więc na kolejne odkrycia i być może kolejne zwroty akcji w tej niesamowitej przygodzie poznawania życia na Ziemi. Bo na razie, w tej ponad półtora wiekowej dyskusji były już przodkami cisów, pierwszych roślin, grzybów i porostów.

Niech Czytelnicy wybaczą kilka powtórzeń, które znalazły się w tekście. Ale dyskusje nad prototaksytami trwały ponad półtora wieku! A nowe dane i nowe argumenty pojawiały sie stosunkowo wolno. To zupełnie inny świat niż newsy w mediach społecznościowych. :Liczę, że te cyklicznie nawracające w tekście powtórzenia pozwoliły lepiej zapamiętać istotę niezwykłości tych organizmów. 

Biologia jest tak niesamowicie fascynująca przygodą w nieustannym odkrywaniu i z zaskakującymi zwrotami akcji. Jest jeszcze tyle do odkrycia! I dla Ciebie tez coś zostało. Więc czytaj, powtarzaj, analizuj i szukaj nowych metod badawczych. 

Znacznie bardziej prawdopodobna wizualizacja krajobrazu z prototaksytami z artykułu popularnonaukowego na stronie internetowej.