Търсенето на живот на Марс привлича много по-голямо внимание, отколкото древните земни скали, въпреки че една от главните загадки на астробиологията се крие именно на Земята. Учените все още не знаят точно кога са се появили първите еукариоти и колко време е било необходимо на най-простите клетъчни форми, за да дадат начало на сложния многоклетъчен живот. Почти 90% от историята на живота на планетата е преминала под господството на микроорганизмите. Растенията, животните и гъбите са възникнали много по-късно.

Първите известни форми на живот са съществували преди повече от 3,5 млрд. години.

Цианобактериите и фотосинтезата са се появили не по-късно от 2,3 млрд. години. Еукариотите са съществували най-малко преди 1,7 млрд. години. Водораслите са известни от находки на възраст не по-малко от 1 милиард години, въпреки че техният произход вероятно се простира още по-далеч в миналото. Животните са се появили значително по-късно, най-малко преди 570 млн. години, а някои данни допускат и по-ранна датировка.

Особено важен е периодът преди около 1,6 млрд. години. Приблизително към това време се отнася последният общ предшественик на „короновата група“ на еукариотите, тоест общият предшественик на всички съвременни еукариотични линии и всичките му потомци. В рускоезичната биологична литература за английския термин „crown group“ се използва терминът „коронова група“. От древните еукариотни линии по-късно са възникнали организмите, които са формирали познатия ни съвременен свят на растенията, животните и гъбите.

Основната разлика при еукариотите се крие вътре в клетката. ДНК-то се намира в ядрото, отделено от останалата част от съдържанието чрез мембрана, а клетката съдържа специализирани вътрешни структури – органели. Към органелите спадат митохондриите, които участват в производството на енергия за клетъчните процеси. По-сложната вътрешна организация е дала на еукариотите възможности, които типичната бактериална клетка няма, а някои от техните линии впоследствие са преминали към многоклетъчност.

Изключително трудно е да се открият най-древните представители на групата. Ранните еукариоти са били микроскопични и не са имали минерални черупки или други твърди части, които значително повишават шансовете на организма да попадне в палеонтологичната хроника. Твърди скелетни структури са се появили при някои животни още в края на едиакария, преди повече от 540 млн. години, затова би било погрешно да се поставя строга граница на 500 млн. години. Например, организмът Cloudina е живял преди около 550–522 млн. години и е могъл да има калцифициран скелет. За много по-древните еукариоти палеонтолозите са принудени да търсят редки скални образувания, способни да съхранят отделни клетки и меки биологични структури.

Между появата на първите известни организми и разпространението на сложния многоклетъчен живот са изминали милиарди години, но от по-голямата част от този период са се запазили малко фосили, подходящи за изследване. За да възстановят последователността на събитията, палеонтолозите изследват не само самите микрофосилии, но и химичния състав на древните скали. Минералите и условията на образуване на седиментите помагат да се определят местата, където крехките клетки са имали по-големи шансове да се запазят.

Възрастта създава още един проблем. Микрофосилите може да са се озовали благополучно в седимента, но след това е трябвало да преживеят стотици милиони или дори милиарди години геоложки промени. Породите са се свивали, нагрявали и деформирали, през тях са преминавали разтвори, променял се е минералният състав. Всеки процес е могъл да изтрие част от клетъчната структура. В резултат от миниатюрния организъм понякога остава само микроскопичен контур или органичен отпечатък, който все още трябва да се разграничи от структури с небиологичен произход.

Преходът към многоклетъчността също не е бил единично събитие. Различни еволюционни линии независимо една от друга са достигнали до многоклетъчността. Клетките започнали да работят съвместно, да разделят функциите си и да образуват по-сложни структури. Изследователите се опитват да разберат кои етапи са довели една от клонките на еукариотите до огромното разнообразие на животните.

Особено богат на събития е периодът на границата между едиакария и кембрия, преди около 540 млн. години.

Едиакарските общности включвали множество мекотелни организми, които често малко приличаха на съвременната фауна. На границата между двата периода броят на животните с твърди части на тялото започна бързо да нараства, а в ранния кембрий разнообразието на скелетните форми се увеличи рязко. Появиха се повече подвижни животни, а начините на придвижване, хранене и взаимодействие с околната среда станаха по-сложни. Палеонтолозите наричат мащабното увеличение на разнообразието на животните „кембрийски взрив“. Останките от скелетни организми, впрочем, са известни още от самия край на едиакария.

За историята на еукариотите кембрийският период се намира почти в самия край на дългата времева скала. Първите представители на групата са се появили най-малко един милиард години преди кембрийския взрив, затова основните проучвания се провеждат в много по-древни скални формации. Особено ценни са бившите плитководни морета и крайбрежните зони, където седиментите са могли бързо да погребват микроскопичните организми. Един от перспективните райони заема около 100 квадратни километра в Арктика, приблизително на 80-ия градус северна ширина. В момента територията е покрита с каменисти полярни ландшафти, а в далечното минало е била под плитко море. Древните морски отлагания са се запазили в пластовете и позволяват да се търсят останки от организми, обитавали крайбрежната среда преди повече от милиард години.

Австралийските скални формации също донесоха важни находки. Изследователите откриха там едни от най-древните известни еукариотни микрофосилии, на възраст около 1,75 млрд. години. Възрастта на находките се доближава до периода, когато в палеонтологичната хроника вече се проследяват с увереност ранните еукариоти, затова всеки добре запазен образец помага да се уточни съставът и разнообразието на древната биосфера.

Крайбрежните морски зони привличат палеонтолозите и по друга причина. Водата е носела в плитководните райони хранителни вещества и органичен материал, създавайки благоприятна среда за разнообразни микроорганизми. Богатата на ресурси екосистема е могла да поддържа повече еукариотни форми и да създава условия, при които многоклетъчните организми са получавали еволюционно предимство.

Особено голям интерес предизвикват дебелите глинести пластове. Много фините частици от седимента могат бързо да погребат клетки и меки тъкани, а при благоприятни химични условия тяхното разграждане се забавя. Ето защо изследователите първо търсят древни седиментни басейни с подходящи скални формации, а едва след това вземат проби и ги изследват за микрофосилии. Търсенето на произволно място почти няма смисъл: запазването на ранния живот зависи твърде силно от геоложката среда. Днес много от подходящите за работа участъци се намират в пустините и в Арктика. Оскъдната растителност оставя коренните скали на открито, което позволява на геолозите да проследяват древните пластове директно на повърхността. В райони с гъста растителност, дебел почвен слой или млади седименти пластовете от търсената епоха често са скрити на голяма дълбочина.

Дори внимателно подбраното място не гарантира находка. Размерът на древните еукариоти се измерваше в микрометри, меките клетки лесно се разрушаваха след смъртта им, а последващата геоложка история допълнително увреждаше запазените структури. Към трудностите се добавя и слабото проучване на много скали от нужната възраст. Огромни територии или са изследвани недостатъчно подробно, или изобщо не са проверявани специално за еукариотни микрофосилии.

Търсенето постепенно става по-целенасочено. Палеонтолозите по-добре разбират кои минерали, видове седиментни скали и древни среди повишават вероятността за запазване на клетките. Вместо да се пресяват случайни проби, вече могат да се избират конкретни геоложки формации, където съчетанието от възраст и условия на погребване обещава по-информативен материал. Новите находки помагат да се уточни времето на появата на различни еукариотични линии и да се възстанови биологичното разнообразие много преди появата на първите животни.

Същата геоложка логика ще бъде полезна при търсенето на живот извън Земята. Пред учените стои не само задачата да намерят среда, в която някога е могъл да живее организъм. Необходима е скала, способна да съхрани биологичен отпечатък след изминаването на огромен период от време. Ако определени глинести минерали са съхранили добре микроскопичните клетки на Земята, участъците с подобна минералогия стават особено интересни при изследването на древни седиментни скали на други небесни тела.

Ето защо историята на първите еукариоти оказва пряко влияние върху астробиологията. Земната хроника позволява да се оцени колко време е изминало между възникването на живота, появата на сложната клетка и разпространението на многоклетъчните организми. Колкото по-точно учените възстановят последователността на събитията на Земята, толкова по-обосновано ще могат да избират места за търсене на древни биологични следи извън нея.