Ani zwierzęta, ani rośliny. Zagadka prototaksytów

Były pierwszymi formami życia o dużych rozmiarach na powierzchni Ziemi. Przynajmniej z tego co wiemy o życiu na naszej planecie prawie pół miliarda lat temu. Fascynują, bo trudno je wpasować do znanych gałęzi drzewa ziemskiego życia. Rośnie więc przekonanie, że były czymś innym.

Odnalezione skamieniałości prototaksytów, przypominające kolumny, sięgają nawet ośmiu metrów długości. Pochodzą z ery paleozoicznej, ściślej z okresu wczesnego dewonu, czyli sprzed czterystu kilkudziesięciu milionów lat. Ich przynależność systematyczna w świecie przyrody jest przedmiotem dyskusji od stu kilkudziesięciu lat, od momentu, kiedy po raz pierwszy uczeni natrafili na ich pozostałości.

[Rozmiar prototaksytu w porównaniu z człowiekiem. Żródło: Grok]

Obecnie zaczyna przeważać pogląd, że mogły być przedstawicielami całkowicie wymarłej linii ewolucyjnej. Nie jest jednak wciąż całkowicie wykluczana wcześniejsza hipoteza – że były to grzyby, Najnowsze badania wskazują, że prototaksyty różniły się chemicznie i strukturalnie od znanych nam grzybów. Uczeni chcą więc przypisać ten enigmatyczny organizm najlepiej przypisać do całkowicie wymarłej linii eukariotów (organizmów, których komórki posiadają jądro komórkowe z materiałem genetycznym oraz rozbudowany system błon wewnętrznych i organelli)

[Fragment skamieniałego prototaksytu. Źródło: Wikipedia CC BY-SA 4.0 Bloopityboop]

Skąd się wzięła ta myląca nazwa – prototaksyty?

Pierwsze ich skamieniałości, przypominające pnie drzew, odkryto w 1843 roku. Kanadyjski naukowiec John William Dawson zbadał ich skamieniałości, opisując je jako częściowo zgniłe gigantyczne drzewa iglaste, zawierające szczątki grzybów, które je rozkładały.

Pojawiła się nazwa „prototaksyty”, co można przetłumaczyć na „wczesne cisy”. Nazwa ta przyjęła się, mimo że szybko zorientowano się, że organizm ten wcale nie był drzewem. Naukowcy zastanawiali się, czy była lądowa odmiana wodorostów lub megalityczny grzyb? Z czasem ukształtowały się dwie główne hipotezy. Według pierwszej prototaksyty były pradawnymi grzybami. Druga teoria głosiła, że należały do kategorii całkowicie odrębnej.

Dawson bronił swojej pierwotnej teorii o „drzewach”, dopóki badania mikrostruktury nie wykazały, że jest ona nie do utrzymania. Wtedy sam podjął próbę zmiany nazwy prototaksytów na „Nematophyton” („roślina włóknista”). Zasady nomenklatury botanicznej sprawiały, że nazwa „prototaksyty”, choć nieodpowiednia znaczeniowo, pozostaje w użyciu do dziś.

Czy prototaksyty to grzyby?

Przez długi czas naukowcy sądzili, że prototaksyty były pradawnymi grzybami. Ich strukturę tworzyły przeplatające się rurki – podobnie jak u grzybów. Jednak nowsze badania, opublikowane w „Science Advances", podważają tę klasyfikację. Kluczowe argumenty przeciw hipotezie grzybowej to:

• brak chityny w skamieniałościach (chityna jest obecna w ścianach komórkowych wszystkich znanych grzybów),
• chaotyczne rozgałęzianie rurek, odmienne od uporządkowanych wzorów u współczesnych grzybów.

Przez długie lata, pomimo licznych dowodów wskazujących na lądowe pochodzenie organizmu, pokutowało przekonanie, że był to rodzaj glona morskiego. Dopiero w 2001 roku, po 20 latach badań, Francis Hueber z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej w Waszyngtonie podjął próbę właściwego sklasyfikowania prototaksytów. W artykule tym, na podstawie morfologii, wywnioskowano, że był to grzyb. Dziś jednak to twierdzenie jest mocno niepewne.

Odrębna linia ewolucyjna

Autorzy pracy w „Science Advances”, wsparli drugą hipotezę – prototakstów jako odrębnej linii ewolucyjnej. To stawiałoby je na równi z sześcioma obecnie uznanymi królestwami życia: roślin, zwierząt, grzybów, protistów (np. ameb, śluzowców, morszczynów), bakterii i archeonów (drobnoustojów beztlenowych).

Na strukturę prototaksytów składały się przeplatające się rurki, co sprawiało, że na pierwszy rzut oka przypominały grzyby. Jednak na tym kończą się podobieństwa anatomiczne. Naukowcy odkryli, że owe rurki w prototaksytach, które badali, pochodzących z Rhynie w Szkocji, rozgałęziały się chaotycznie, natomiast podobne włókienka współczesnych grzybów tworzą jednak bardziej uporządkowane wzory. Ponadto naukowcy nie wykryli w skamieniałościach żadnych śladów chemicznych chityny, polimeru występującego w ścianach komórkowych wszystkich żywych grzybów oraz w znajdowanych skamieniałościach grzybów, także tych które zachowały się z okresu, z którego pochodzą prototaksyty.,

„Nie wydaje się, by posiadały jakiekolwiek cechy charakterystyczne dla znanych żyjących grup grzybów” - komentowała w publikacji współautorka badań, Laura Cooper z Uniwersytetu w Edynburgu.

Badaczka twierdzi, że prototaksyty „różniły się tak zasadniczo od grzybów, jakie znamy dzisiaj”, jej zdaniem, „próba wrzucenia ich do grupy grzybów nie ma sensu”.

Czym żywiły się prototaksyty?

Niezależnie od wniosków, że raczej nie były to grzyby, wcześniejsze prace, m. in. Kevina Boyce'a wskazują, że prototaksyty tak czy owak prawdopodobnie odkrywały rolę ekologiczną podobną do grzybów - konsumowały rozkładającą się materię organiczną (tzw. organizmy saprotroficzne). Jponad 400 mln lat temu substancji organicznych do konsumpcji dostępnych było niewiele. W świecie roślin nie sięgających wyżej kostek, organizmy te rosły na wysokość słupów telefonicznych, co trudno wyjaśnić.

Alternatywną teorią na temat sposobu odżywiania prototaksytów jest przypuszczenie, że były autotroficzny (samożywne) oparty na fotosyntezie, czyli miały zdolność do samodzielnego wytwarzania związków organicznych z prostych substancji nieorganicznych (takich jak woda czy dwutlenek węgla). Tak żywią się np. porosty. Jednak porosty nie są normalnie tak ogromne.

Warto jednak zauważyć, iż autotrofy żyjące w tym samym czasie co prototaksyty, czerpały z tego samego (tj. atmosferycznego) źródła węgla. Ponieważ organizmy tego samego typu mają ten sam mechanizm chemiczny, odzwierciedlają one skład atmosfery stałym śladem izotopów węgla. Tymczasem w różnych okazach kopalnych prototaksytów wykryto zróżnicowane zakresy zawartości izotopów węgla. To stawia pod znakiem zapytania fotosyntezę prototaksytów.

Na czym polega sekret wielkich rozmiarów prototaksytów?

Oglądane z daleka skamieniałości prototaksytów przypominają pnie drzew, rozszerzające się nieznacznie u podstawy w sposób sugerujący powiązanie z niezachowanymi strukturami na kształt korzeni. Są pewne kopalne poszlaki, że korzenie rzeczywiście tam występowały.

Koncentryczne słoje wzrostu sugerują, że organizm ten rósł przez dodawanie zewnętrznych warstw. W skali mikroskopowej skamieniałości składają się z wąskich struktur rurkowych, które przeplatają się ze sobą. Występują w dwóch typach: rurki szkieletowe o średnicy 20–50 mikrometrów z grubymi (2–6 mikrometrów) ściankami, niepodzielone na całej długości, oraz włókna generatywne, które są cieńsze (o średnicy 5–10 mikrometra) i często się rozgałęziają, splatają się ze sobą.

Był to zdecydowanie najwyższy organizm żywy w tamtych czasach. Dla porównania, współczesna prototaksytom roślina Kuksonia osiągała zaledwie 6 centymetrów wysokości i sama górowała nad rosnącymi pod nią mchami.

Dlaczego prototaksyty są ważne dla nauki?

W 2019 roku Gregory Retallack opisał nowy gatunek Prototaxites honeggeri z etapu darriwilskiego środkowo-ordowickiego – pochodzący z Jeziora Douglas w amerykańskim stanie Tennessee. Znalezisko to oznacza najwcześniejsze znane pojawienie się organizmu. Przenosi prototaksyty w czasie do ok. 467 mln lat p. n. e. co tylko pogłębia tajemnicę, bo im głębiej cofamy je w przeszłość, tym bardziej ogrom tych organizmów jest trudny do wyjaśnienia.

Pojawiły się niedawno przypuszczenia, że prototaksyty wcale nie rosły pionowo, tak jak to się zwykle wizualizuje, tylko niejako „na boku” i prawdopodobnie przynajmniej częściowo pod ziemią. Łatwiejszy, dzięki temu, miałby być transport i dystrybucja wody oraz składników odżywczych w tak dużym organizmie.

Prototaksyty wyginęły w późnym dewonie, gdy na pierwszy plan wysunęły się rośliny naczyniowe. Zamieniając się w skamienieliny, zachowały w pokładach ziemi do naszych czasów, tajemnicę, której jeszcze całkiem nie rozgryźliśmy.

Źródła:

• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41564173/#:~:text=Prototaxites%20was%20the%20first%20giant,debated%20for%20over%20165%20years.
• https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec6277
• https://bsapubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.3732/ajb.1000104
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034666701000586

FAQ: Prototaksyty – zagadkowe organizmy starożytnej Ziemi

1. Czym są prototaksyty? Prototaksyty to wymarłe organizmy, które były największymi formami życia na lądzie w erze paleozoicznej, konkretnie we wczesnym dewonie (ok. 400–470 mln lat temu). Ich skamieniałości przypominają kolumny lub pnie drzew i osiągały nawet 8 metrów wysokości.
2. Skąd pochodzi nazwa „prototaksyty"? Nazwa pochodzi od łacińskiego określenia „wczesne cisy" i nadał ją kanadyjski naukowiec John William Dawson w 1857 roku, który błędnie uznał skamieniałości za szczątki drzew iglastych. Mimo że hipoteza ta szybko okazała się błędna, nazwa – zgodnie z zasadami nomenklatury botanicznej – pozostała w użyciu do dziś.
3. Czy prototaksyty były grzybami? Przez długi czas uważano je za pradawne grzyby, jednak najnowsze badania (opublikowane m.in. w „Science Advances") podważają tę hipotezę. Rurki tworzące strukturę prototaksytów rozgałęziają się chaotycznie, a nie w uporządkowany sposób jak u grzybów. Przede wszystkim w skamieniałościach nie wykryto śladów chityny – polimeru obecnego w ściankach komórkowych wszystkich znanych grzybów. Naukowcy coraz częściej skłaniają się ku tezie, że prototaksyty stanowiły całkowicie odrębną, wymarłą linię ewolucyjną.
4. Czym żywiły się prototaksyty? Kwestia ta pozostaje nierozstrzygnięta. Badania izotopów węgla wskazują, że prawdopodobnie nie prowadziły fotosyntezy, lecz były organizmami saprotroficznymi – odżywiały się rozkładającą się materią organiczną.
5. Jaką rolę pełniły prototaksyty w dawnym ekosystemie? Prawdopodobnie pełniły funkcję rozkładaczy materii organicznej (podobną do roli grzybów w dzisiejszych ekosystemach).

[Autor, Mirosław Usidus jest popularyzotorem nauki i byłym redaktorem naczelnym Młodego Technika]

[Tytuł, lead, sekcje "Co musisz wiedzieć", "Dlaczego odkrycie prototaksytów może zmienić nasze rozumienie ewolucji?" i niektóre śródtytuły od Redakcji]

Dlaczego odkrycie prototaksytów może zmienić nasze rozumienie ewolucji?

• sugeruje istnienie całkowicie wymarłej linii życia,
• pokazuje, że najstarsze ekosystemy lądowe były bardziej złożone niż sądzono,
• może zmienić sposób interpretacji najstarszych skamieniałości,
• wpływa na poszukiwania życia na innych planetach.