Nova geokemijska analiza drevnih stijena ponovno otvara staro pitanje: tko su zapravo bili prvi životinjski stanovnici Zemlje? Najnovije interpretacije molekularnih tragova upućuju na to da su precima današnjih spužvi — posebno demospužvi — pripadale iznimno rane grane životinjskog stabla. U središtu priče nalaze se „kemijski fosili“ u obliku sterana, izdržljivih ostataka sterola (primjerice kolesterola), koji su se zadržali u sedimentima starima stotinama milijuna godina.

Zašto su spužve važan kandidat za „prvu životinju“

Spužve (porifere) ubrajamo u najjednostavnije više-stanične životinje. Nemaju živčani ni probavni sustav u obliku kakav poznajemo kod većine životinja, a njihova je biologija podređena filtriranju morske vode kroz mrežu kanalića i komorica. Upravo zbog te jednostavnosti, dugo su smatrane potencijalno najranijim ogrankom životinjskog carstva. Demospužve, kao najbrojnija današnja skupina, javljaju se u nevjerojatnoj morfološkoj i ekološkoj raznolikosti — od sitnih, mekanih oblika koji obraste stijene do većih kolonija živopisnih boja. Njihovi drevni srodnici, iako nam nisu ostavili obilje klasičnih fosila, vrlo vjerojatno dijelili su iste ključne osobine: meko tijelo, morski način života i oslanjanje na specifične membrane bogate sterolima.

Kemijski fosili kao prozor u Ediakarsko doba

Ediakar (približno 635–541 milijuna godina prije sadašnjosti) bio je razdoblje neposredno prije kambrijske „eksplozije“ života. Tijekom te epohe u stijenama nalazimo malo čvrstih skeletnih ostataka, ali zato povremeno susrećemo molekularne tragove koji su preživjeli geološki pritisak, temperaturu i vrijeme. Tu ulaze sterani — stabilne, zasićene varijante sterola. Budući da su steroli temeljni gradivni elementi membrana eukariota, a bakterije uglavnom koriste drugačije lipide, prisutnost sterana u starim sedimentima signal je da je u to vrijeme u morima već bujao eukariotski svijet, uključujući i rane životinje.

Što točno traže geokemičari: C30 i C31 signali

Steroli se razlikuju po broju ugljikovih atoma i po strukturnim „dodacima“ na bočnom lancu. U čovjeka, primjerice, kolesterol je C27 sterol, dok su biljni steroli najčešće C29. Ono što je istraživače zaintrigiralo prije petnaestak godina, a potom i danas, jest učestala pojava vrlo rijetkih C30 sterana u stijenama iz ediakara. Ti su C30 sterani interpretirani kao produkti 24-izopropilkolesterola, neobičnog sterola koji u današnjim oceanima u značajnim količinama sintetizira samo dio demospužvi. U novijim radovima pozornost je dodatno usmjerena i na još rjeđe C31 derivate, čiji su biološki prekursori također zabilježeni u pojedinim vrstama demospužvi. Kombinirana pojava C30 i C31 sterana u istim stratigrafskim nizovima povećava vjerojatnost da je izvor signalâ bio životinjski, a ne abiotski ili isključivo algalni.

Od Omana do Sibira: gdje se traže molekularni tragovi

Da bi potvrdili kontinuitet i izvor steranskih signala, geokemički timovi nabavljaju uzorke iz različitih geoloških provincija i litoloških facijesa. Često se analiziraju jezgre bušotina i izdanci iz omanskog Huqf supergrupnog sklopa, bazena u zapadnoj Indiji ili sibirskih platformnih sekvenci. Takav prostorni „mozaik“ omogućuje provjeru je li pojava C30/C31 sterana lokalna anomalija ili širi, ponovljiv obrazac svojstven određenom razdoblju i okolišu. Kada se signal detektira u više udaljenih područja i kroz različite tipove stijena, raste pouzdanost paleobiološkog tumačenja.

Kako se „čita“ kemijski fosil

Analitički postupak obično započinje izolacijom organskih frakcija iz sedimentne stijene. Koriste se otapala i frakcioniranje kako bi se izdvojile zasićene molekule, a potom se primjenjuje plinska kromatografija u kombinaciji s masenom spektrometrijom. Time se u složenoj smjesi identificiraju točno određeni steranski izomeri i homologi. Posebna pozornost posvećuje se stereokemiji (npr. konfiguracijama na C-20 ili C-14), jer odnos stereokemijskih parova ponekad nosi informaciju o izvoru i stupnju termične zrelosti. Dodatna provjera uključuje usporedbu s referentnim standardima — ili komercijalno dostupnima, ili sintetiziranima u laboratoriju — kako bi se potvrdila struktura i izbjegle zamjene s bliskim, ali biološki različitim molekulama.

Što govore žive spužve

Da bi se isključila mogućnost da drevni C30 i C31 sterani dolaze iz širokog spektra suvremenih ili izumrlih organizama, istraživači analiziraju i tkiva današnjih demospužvi. Pokazalo se da neke vrste doista proizvode neobične sterole povećanog broja atoma ugljika (C30 pa i C31), uključujući strukturne motive koji, nakon diagenetskih promjena, dovode do istih onih sterana kakvi se pronalaze u starim sedimentima. Spojimo li to s geološkim nalazima, dobivamo snažnu indiciju evolucijskog kontinuiteta: suvremene demospužve zadržale su biokemijsko nasljeđe svojih pradavnina.

Tri linije dokazivanja: stijene, spužve i laboratorij

Teza o demospužvama kao mogućim najranijim životinjama ne počiva na jednom opažanju, nego na trostrukoj verifikaciji. Prva linija su sami „kemijski fosili“ u precambijskim stijenama (s naglaskom na ediakar), u kojima se konzistentno pronalaze C30 sterani, a nerijetko i C31 ekvivalenti. Druga linija dolazi iz biologije živih spužvi, gdje su dokumentirani steroli istog broja atoma ugljika i specifičnih bočnih lanaca. Treća linija je organska sinteza i eksperimentalna diagenetska transformacija: kada kemijski sintetizirani prekursori podvrgnuti toplini i pritisku daju upravo one steranske uzorke detektirane u stijenama, statistička vjerojatnost slučajne podudarnosti naglo opada.

Ali znanost ne napreduje bez rasprave

Naravno, hipoteza o demospužvama kao glavnom izvoru C30 sterana izazvala je i alternative. Pojedine studije su, primjerice, isticale da se tragovi sličnih spojeva mogu naći u nekim algama ili da bi mikrobni simbionti mogli igrati veću ulogu u metilacijama bočnog lanca sterola. Ukazivalo se i na mogućnost da su određeni putovi biosinteze i dijageneze složeniji no što se prvotno pretpostavljalo. Upravo zato recentni radovi kombiniraju geokemiju, genomiku i biokemiju: ispituju se geni za enzime metiltransferaze kod spužvi i njihovih simbionata, provjerava se mogu li bakterijski enzimi replicirati „spužvaste“ potpise, a rezultati se zatim uspoređuju s geološkim zapisom kroz vrijeme i prostor.

Zašto je važna distinkcija C30 naspram C31

C31 steroli i njihovi diagenetski produkti (C31 sterani) zasad su u prirodi rjeđe dokumentirani od C30 analoga, ali njihovo prepoznavanje u modernim demospužvama i u fosilnim zapisima dragocjeno je iz najmanje dva razloga. Prvo, dodatni „potpis“ smanjuje opasnost krive atribucije koja se može dogoditi ako se oslanjamo na jedan jedini biomarker. Drugo, odnos C30:C31 može, u kombinaciji s drugim markerima (npr. udio C29 sterana karakterističnih za zelene alge), reći nešto o paleookolišu: je li riječ o obalnim, plićim morem prevladavajućim uvjetima, o jačoj algalnoj produkciji, ili o nišama u kojima su spužve mogle uspijevati bez konkurencije.

Što Ediakar govori o nastanku kompleksnog života

Ediakarska biota poznata je po mekanim, često plošnim organizmima čiji odnosi s današnjim skupinama nisu uvijek jasni. U tom svijetu mekih tijela izostanak tvrdih skeleta otežava nam tumačenje evolucije isključivo na temelju klasičnih fosila. Zato su molekularni tragovi poput sterana osobito važni: oni ispunjavaju praznine i daju neslućen uvid u to kada su se uistinu pojavile prve životinje. Ako su demospužve doista ostavile C30/C31 potpis prije „velikog praska“ kambrijske raznolikosti, tada bi njihova pojava prethodila mnogim kasnije procvjetalim skupinama — što u potpunosti mijenja raspored u „vremenskoj crti“ rane životinjske evolucije.

Metodološka strogost: kako se izbjegavaju krivi tragovi

U međuvremenu je geokemijska zajednica postrožila protokole kako bi se izbjegla kontaminacija i pogrešna tumačenja. Laboratoriji rade s „praznim“ kontrolnim uzorcima, koriste se izotopne i stereokemijske analize, a serije uzoraka dolaze iz više neovisnih izvora. Posebno je važna konzistentnost signala u stratigrafskim nizovima istog područja i njegova korelacija s drugim paleobiološkim indikatorima. Tek kad se skupi dovoljan broj slagalica — od geologije i sedimentologije do biokemije i genetičkih podataka — hipoteza prelazi iz sugestivne u uvjerljivu.

Što nam govore moderni enzimi

Ključan iskorak predstavljao je rad na enzimima koji „metiliraju“ bočni lanac sterola. Identificirani geni i enzimi u demospužvama, ali i kod njihovih simbionata, eksperimentalno su provjereni u vitro. Time je potvrđeno da prirodni biokemijski putovi doista mogu proizvesti neobične spužvaste sterole, koji se zatim tijekom vremena i uz geološke uvjete pretvaraju u zabilježene C30 i C31 sterane. Uspije li se istu funkcionalnost dosljedno vezati uz demospužve, a alternativne izvore ograničiti na tragove bez geološke robustnosti, hipoteza o spužvama kao prvim životinjama dobiva dodatnu težinu.

Globalna slika: od pojedinačnih nalazišta do planetarne priče

Kada isti ili slični biomarkeri izranjaju u stijenama Omana, Indije, Sibira i drugih regija, a njihovi profili se poklapaju s očekivanom diagenetskom transformacijom i paleookolišnim varijacijama, dobivamo globalni mozaik rane biosfere. U nekim se sekvencama signal pojavljuje u višim koncentracijama, drugdje je diskretniji, no ono što se ponavlja jest prisutnost spužvi kao tihi, ali perzistentni protagonisti pred-kambrijskih mora.

Što slijedi: potraga za finijom vremenskom iglom

Do danas se, na temelju analiziranih uzoraka, sa sigurnošću može reći da su sedimentni zapisi s C30 i (u određenim slučajevima) C31 steranima smješteni unutar prostranog prozora ediakara. No točan trenutak pojave najranijih životinja još se kalibrira. Sljedeći korak je sustavna, globalna potraga za dodatnim sekvencama — uključujući one manje istražene — kako bi se „naoštrila“ vremenska skala: jesu li se demospužve etablirale već sredinom ediakara ili tek u njegovoj završnici, neposredno prije kambrija?

Za čitatelje: kratki pojmovnik

• Steroli/sterani: steroli su membranski lipidi eukariota; u geološkom zapisu pronalazimo njihove stabilne, zasićene derivate — sterane — kao molekularne fosile.


• C30/C31: oznaka za broj ugljikovih atoma u sterolima/steranima; neobičniji su od uobičajenih C27–C29 i zbog toga se koriste kao „potpis“ određenih bioloških izvora.


• Demospužve: najveća skupina spužvi, vrlo raznolika, s dokazanim sposobnostima sinteze neobičnih sterola.


• Ediakar: razdoblje između oko 635 i 541 milijuna godina, neposredno prije naglog porasta složenosti života u kambriju.

Je li ovo kraj rasprave?

Ne; i ne bi trebao biti. Znanost napreduje kroz provjeru, ponavljanje i preispitivanje. Činjenica da su C30 sterani otkriveni u širokom nizu proterozojskih i ranokambrijskih sedimenta snažan je argument u prilog demospužvama, no svaku tvrdnju treba iznova testirati na novim uzorcima, s još strožim kontrolama i sve sofisticiranijim instrumentima. Paralele s modernim demospužvama, uključujući otkrića rijetkih C31 sterola u pojedinim vrstama, pružaju konzistentnu sliku, ali istraživači i dalje aktivno mapiraju gdje je taj signal neupitan, a gdje ga se može zamijeniti s algalnim ili mikrobnim tragovima.

Kome je važan odgovor

Naizgled esoterično pitanje o tome je li prva životinja bila spužva zapravo je temeljno za razumijevanje vlastitog podrijetla. Ako su spužve doista bile pioniri životinjskog svijeta, tada se ključne inovacije — višestaničnost, koordinacija stanica, rani oblici komunikacije — pomiču dublje u prošlost nego što su sugerirale same makrofosilne zbirke. To, pak, utječe na načine na koje tumačimo evoluciju ostalih životinjskih skupina, ali i na uvjete okoliša: razine kisika u oceanima, hranidbene mreže i geokemijske petlje ugljika i sumpora.

Pogled unaprijed: što to znači za buduća istraživanja

Kako se akumuliraju novi uzorci iz različitih bazena i kako napreduju tehnike detekcije, možemo očekivati finiju „rezoluciju“ molekularnog zapisa. U igri su i interdisciplinarne sinteze: spajanje biomarkera sa signalima stabilnih izotopa, s tragovima rane bioturbacije, s mikrofosilima i s analizama starih genoma. Iako je priča o C30 i C31 steranima trenutačno najkoherentniji narativ koji imamo za rani trag životinja, ona se i dalje nadopunjuje. Svaki novi uzorak, svaka nova analiza može pomaknuti granice razumijevanja toga tko je i kada prvi kročio stazom koja vodi do današnje životinjske raznolikosti.

Za čitatelje koji žele dublje u kontekst, uvodne pojmove o ediakaru i spužvama mogu dodatno istražiti kroz opće enciklopedijske prikaze ili obrazovne stranice. Primjerice, pregled razdoblja ediakara dostupan je ovdje: Ediacaran Period – Britannica, a sažeti opis demospužvi ovdje: Demosponges. Napomena: poveznice služe kao uvod u temu i osnovne definicije pojmova.