В течение миллиарда лет планетой правили одноклеточные эукариоты. Затем, около 700 миллионов лет назад, во времена Snowball Earth — геологической эры, когда ледники могли простираться до экватора — появилось новое существо: многоклеточный организм.
Почему возникла многоклеточность? Разгадка этой загадки может помочь обнаружить жизнь на других планетах и объяснить огромное разнообразие и сложность, наблюдаемую сегодня на Земле: от морских губок до секвой и человеческого общества.
Здравый смысл гласит, что уровень кислорода должен достичь определенного порога, чтобы отдельные клетки сформировали многоклеточные колонии. Но кислородная история не полностью объясняет, почему многоклеточные предки животных, растений и грибов появились одновременно и почему переход к многоклеточности занял более 1 миллиарда лет.
В новой статье в журнале Proceedings of the Royal Society B показано, как особые физические условия Snowball Earth, особенно вязкость океана и нехватка ресурсов, могли привести к тому, что эукариоты стали многоклеточными.
«Кажется почти нелогичным, что эти действительно суровые условия, эта замерзшая планета, могут на самом деле отбирать более крупные и сложные организмы, а не вызывать вымирание или уменьшение размеров видов», — говорит автор исследования Уильям Крокетт из Массачусетского технологического института.
Используя теории масштабирования, авторы обнаружили, что гипотетический предок раннего животного (напоминающий плавающие водоросли, которые поедают добычу вместо фотосинтеза) будет увеличиваться в размерах и усложняться под давлением Земли-снежка. Напротив, одноклеточный организм, который движется и питается путем диффузии, как бактерия, станет меньше.
«После «Земли-снежка» мир стал другим, потому что на планете появилась новая форма жизни. Один из центральных вопросов эволюции заключается в том, как перейти от ничего на планете к таким существам, как мы, и к обществам? Мы думаем, что это не удача: есть способы предсказать эти важные переходы», — говорит старший автор исследования профессор SFI Кристофер Кемпес.
Исследование показывает, как покрытые льдом океаны во время Земли-снежка блокировали солнечный свет, уменьшая фотосинтез и, таким образом, истощая море питательных веществ. Более крупные организмы, которые перерабатывали больше воды, имели больше шансов съесть достаточно, чтобы выжить. Как только ледники растают, эти более крупные организмы смогут расширяться дальше.
Модель отражает последние палеонтологические исследования, основанные на работе двух дополнительных соавторов, бывшего научного сотрудника SFI Omidyar Джека Шоу и Карла Симпсона, ученого из Университета Колорадо, Боулдер.
«Наше исследование предлагает гипотезы об особенностях предков организма, которые можно найти в летописи окаменелостей», — говорит Крокетт.
В документе также представлены новые инструменты для изучения физического воздействия на физиологию организма, что является благом для будущих исследований.
«Мы предоставляем людям полезную основу для интерпретации прошлого Земли, понимания современной экологии и изучения физиологии организма в лаборатории», — говорит Кемпес.
