Почему жизнь на Земле превратилась из маленькой в большую, когда это произошло? Исследователи из Кембриджского университета и Токийского технологического института определили, как некоторые из первых крупных организмов, известных как рангеоморфы, смогли вырасти до двух метров в высоту, изменяя размер и форму своего тела по мере того, как извлекали питательные вещества из своих окружающая среда.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, могут также помочь объяснить, как жизнь на Земле, которая когда-то состояла только из микроскопических организмов, изменилась так, что в конечном итоге смогли развиться огромные организмы, такие как динозавры и голубые киты.
Рангеоморфы были одними из первых крупных организмов на Земле, существовавших в то время, когда большинство других форм жизни были микроскопическими по размеру. Некоторые рангеоморфы были всего несколько сантиметров в высоту, в то время как другие достигали двухметрового роста.
Эти организмы были обитателями океана, жившими в эдиакарский период, между 635 и 541 миллионами лет назад. Их мягкие тела состояли из ветвей, каждая из которых имела множество более мелких боковых ответвлений, образующих геометрическую форму, известную как фрактал, которую сегодня можно увидеть в таких вещах, как легкие, папоротники и снежинки.
Поскольку рангеоморфы не похожи ни на один современный организм, трудно понять, как они питались, росли или размножались, не говоря уже о том, как они могут быть связаны с какой-либо современной группой. Однако, хотя они чем-то напоминают растения, ученые считают, что они, возможно, были одними из первых животных, живших на Земле.
«Мы хотели знать, почему эти крупные организмы появились в этот конкретный момент истории Земли», - сказала д-р Дженнифер Хойал Катхилл из Кембриджского факультета наук о Земле и Института наук о жизни Земли Токийского технологического института, первый автор статьи..«Они появляются в летописи окаменелостей с треском, очень большого размера. Мы задавались вопросом, было ли это простым совпадением или прямым результатом изменений в химическом составе океана?»
Исследователи использовали микро-КТ сканирование, фотографические измерения и математические и компьютерные модели для изучения окаменелостей рангеморфов из юго-восточного Ньюфаундленда, Канады, Великобритании и Австралии.
Их анализ показывает самое раннее свидетельство роста, зависящего от питательных веществ, в летописи окаменелостей. Все организмы нуждаются в питательных веществах, чтобы выжить и расти, но питательные вещества также могут определять размер и форму тела. Это известно как «экофенотипическая пластичность». Хойал Катхилл и ее соавтор профессор Саймон Конвей Моррис предполагают, что рангеоморфы не только демонстрируют высокую степень экофенотипической пластичности, но и что это дает решающее преимущество в резко меняющемся мире. Например, рангеоморфы могли быстро «изменить форму», вырастая в длинную конусообразную форму, если в морской воде над ними оказывалось повышенное содержание кислорода.
«В течение эдиакарского периода в океанах Земли, по-видимому, произошли серьезные изменения, которые, возможно, вызвали рост, так что жизнь на Земле внезапно начинает становиться намного больше», - сказал Хойал Катхилл. «Возможно, еще слишком рано делать выводы о том, какие именно геохимические изменения в эдиакарских океанах привели к переходу к крупным размерам тела, но есть серьезные претенденты, особенно увеличение количества кислорода, необходимого животным для дыхания».
Это изменение в химическом составе океана последовало за крупномасштабным ледниковым периодом, известным как оледенение Гаскьера. Когда уровень питательных веществ в океане был низким, они, по-видимому, сохраняли небольшие размеры тела. Но с геологически внезапным увеличением содержания кислорода или других питательных веществ становятся возможными гораздо большие размеры тела даже у организмов с таким же генетическим строением. Это означает, что внезапное появление рангеоморфов большого размера могло быть прямым результатом серьезных изменений в климате и химическом составе океана.
Однако, в то время как рангеоморфы были очень приспособлены к своей эдиакарской среде, условия в океанах продолжали меняться, и примерно 541 миллион лет назад начался «кембрийский взрыв» - период быстрого эволюционного развития, когда большинство основных групп животных впервые появились в летописи окаменелостей. Когда условия изменились, рангеоморфы были обречены, и с тех пор ничего похожего на них не видели.