Вначале жизнь была маленькой. В течение миллиардов лет вся жизнь на Земле была микроскопической и состояла в основном из одиночных клеток. Затем внезапно, около 570 миллионов лет назад, возникли сложные организмы, в том числе животные с мягкими губчатыми телами длиной до метра. И в течение 15 миллионов лет жизнь такого размера и сложности существовала только в глубоких водах.
Ученые долго задавались вопросом, почему эти организмы появились, когда и где они появились: в глубоком океане, где мало света и пищи, в то время, когда кислорода в атмосфере Земли было особенно мало. Новое исследование Стэнфордского университета, опубликованное 12 декабря в рецензируемом журнале Proceedings of the Royal Society B, предполагает, что более стабильная температура океанских глубин позволила растущим формам жизни наилучшим образом использовать ограниченные запасы кислорода.
Все это важно отчасти потому, что понимание происхождения этих морских существ эдиакарского периода связано с обнаружением недостающих звеньев в эволюции жизни и даже нашего собственного вида. «У вас не может быть разумной жизни без сложной жизни», - объяснил Том Боаг, ведущий автор статьи и кандидат геологических наук в Стэнфордской школе наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth).
Новое исследование является частью небольшой, но растущей попытки применить знания физиологии животных для понимания летописи окаменелостей в контексте меняющейся окружающей среды. Эта информация может пролить свет на виды организмов, которые смогут выживать в различных средах в будущем.
Приведение этих данных из физиологии, рассмотрение организмов как живых, дышащих существ и попытка объяснить, как они могут прожить в течение дня или репродуктивного цикла, - это не тот способ, которым обычно подходило большинство палеонтологов и геохимиков. вопросы», - сказал Эрик Сперлинг, старший автор статьи и доцент геологических наук.
Златовласка и изменение температуры
Ранее ученые предполагали, что у животных есть оптимальная температура, при которой они могут развиваться с наименьшим количеством кислорода. Согласно теории, потребность в кислороде выше при температурах ниже или выше, чем в счастливой среде. Чтобы проверить эту теорию на животных, напоминающих тех, что процветают в глубинах эдиакарского океана, Боаг измерил потребности в кислороде морских анемонов, чьи студенистые тела и способность дышать через кожу точно имитируют биологию окаменелостей, собранных в эдиакарских океанах.
«Мы предположили, что их способность переносить низкий уровень кислорода будет ухудшаться по мере повышения температуры. Это наблюдалось у более сложных животных, таких как рыбы, омары и крабы», - сказал Боуг. Ученые не были уверены, что более низкие температуры также повлияют на толерантность животных. Но на самом деле анемонам требовалось больше кислорода, когда температура в экспериментальном аквариуме выходила за пределы их комфортной зоны.
В совокупности эти факторы заставили Боуга и его коллег заподозрить, что, подобно анемонам, эдиакарской жизни также потребуются стабильные температуры, чтобы наиболее эффективно использовать ограниченные запасы кислорода в океане.
Убежище на глубине
Эдиакарским животным было бы труднее использовать небольшое количество кислорода, присутствующего в холодных, глубоких водах океана, чем на более теплых мелководьях, потому что в более холодной морской воде газ диффундирует в ткани медленнее. Животным на холоде приходится тратить большую часть своей энергии только на то, чтобы перегонять насыщенную кислородом морскую воду по своему телу.
Но нехватку полезного кислорода глубокий эдиакарский океан компенсировал стабильностью. На мелководье смена солнца и времен года может привести к резким колебаниям температуры - до 10 градусов по Цельсию в современном океане по сравнению с сезонными колебаниями менее 1 градуса по Цельсию на глубинах менее одного километра (0,62 мили). «Температуры меняются намного быстрее в течение дня и года на мелководье», - объяснил Сперлинг.
В мире с низким уровнем кислорода животные, неспособные регулировать собственную температуру тела, не смогли бы выдержать окружающую среду, которая так регулярно колебалась за пределами их температуры Златовласки.
Стэнфордская команда в сотрудничестве с коллегами из Йельского университета предполагает, что потребность в убежище от таких изменений могла определить, где могли развиваться более крупные животные. «Единственное место, где температуры были постоянными, были глубоководные глубины океана», - сказал Сперлинг. В мире с ограниченным кислородом новая развивающаяся жизнь должна была быть максимально эффективной, а этого можно было достичь только на относительно стабильных глубинах.«Вот почему там появились животные», - сказал он.