Nowe badanie podkreśla, jak ekstremalne warunki panujące na Ziemi w kształcie kuli śnieżnej mogły napędzać ewolucję organizmów wielokomórkowych, oferując nowy wgląd w historię ewolucji Ziemi i narzędzia do przyszłych badań.
Przez miliard lat planetą rządziły jednokomórkowe eukarionty. Następnie, około 700 milionów lat temu, podczas Ziemi Śnieżki – epoki geologicznej, w której lodowce mogły sięgać aż do równika – pojawiło się nowe stworzenie: organizm wielokomórkowy.
Dlaczego powstała wielokomórkowość? Rozwiązanie tej zagadki może pomóc w określeniu życia na innych planetach i wyjaśnieniu ogromnej różnorodności i złożoności obserwowanej obecnie na Ziemi, od gąbek morskich przez sekwoje po społeczeństwo ludzkie.
Powszechnie uważa się, że poziom tlenu musiał osiągnąć pewien próg, aby pojedyncze komórki utworzyły kolonie wielokomórkowe. Ale historia tlenu nie wyjaśnia w pełni, dlaczego wielokomórkowi przodkowie zwierząt, roślin i grzybów pojawili się jednocześnie i dlaczego przejście do wielokomórkowości zajęło ponad miliard lat.
Wpływ Ziemi na kulę śnieżną na ewolucję
Nowa gazetka w Materiały Towarzystwa Królewskiego B pokazuje, jak specyficzne warunki fizyczne panujące na Ziemi w kształcie kuli śnieżnej – zwłaszcza lepkość oceanów i brak zasobów – mogły skłonić eukarionty do przekształcenia się w wielokomórkowe.
„Wydaje się niemal sprzeczne z intuicją, że te naprawdę trudne warunki, na tej zamarzniętej planecie, mogły w rzeczywistości wybrać większe, bardziej złożone organizmy, zamiast powodować gatunek wyginąć lub zmniejszyć się” – mówi były badacz złożoności studiów licencjackich SFI, William Crockett, autor korespondent w artykule i doktor. studentka godz MIT.
Korzystając z teorii skalowania, autorzy odkryli, że hipotetyczny wczesny przodek zwierzęcia (przypominający pływające glony, które zjadają zdobycz zamiast przeprowadzać fotosyntezę) powiększyłby się i złożoności pod wpływem ciśnienia Ziemi w kształcie kuli śnieżnej. Z kolei organizm jednokomórkowy, który porusza się i odżywia poprzez dyfuzję, podobnie jak bakteria, zmniejszyłby się.
„Świat jest inny po Ziemi Snowball, ponieważ na planecie pojawiła się nowa forma życia. Jednym z głównych pytań ewolucji jest to, jak przejść od niczego na planecie do rzeczy takich jak my i do społeczeństw? Czy to wszystko to wypadek? Uważamy, że to nie przypadek: istnieją sposoby na przewidzenie tych poważnych przemian” – mówi starszy autor i profesor SFI Christopher Kempes.
Wpływ zamarzniętych oceanów
Badanie pokazuje, jak zamarznięte oceany podczas Ziemi w kształcie kuli śnieżnej blokowałyby światło słoneczne, redukując je fotosynteza i w ten sposób opróżniając morze składników odżywczych. Większe organizmy, które przetworzyły więcej wody, miały większe szanse na zjedzenie wystarczającej ilości pożywienia, aby przeżyć. Po stopieniu lodowców te większe organizmy będą mogły dalej się rozprzestrzeniać.
Model odzwierciedla najnowsze badania paleontologiczne, oparte na pracach dwóch dodatkowych współautorów, byłego doktora habilitowanego SFI Omidyar, Jacka Shawa i Carla Simpsona, naukowca z Uniwersytetu Kolorado w Boulder.
„Nasze badanie dostarcza hipotez dotyczących cech organizmów przodków, na które należy polować w zapisie kopalnym” – mówi Crockett.
W artykule przedstawiono także nowe narzędzia do badania wpływu fizycznego na fizjologię organizmu, co będzie dobrodziejstwem dla przyszłych badań.
„Zapewniamy ludziom przydatne ramy umożliwiające interpretację przeszłości Ziemi, zrozumienie współczesnej ekologii i badanie fizjologii organizmów w laboratorium” – mówi Kempes.
Odniesienie: „Ograniczenia fizyczne podczas Ziemi w kształcie kuli śnieżnej napędzają ewolucję wielokomórkowości” Williama W. Crocketta, Jacka O. Shawa, Carla Simpsona i Christophera P. Kempesa, 26 czerwca 2024 r., Materiały Towarzystwa Królewskiego B.
DOI: 10.1098/rspb.2023.2767
