Специальный выпуск журнала ищет новые ключи к разгадке древней жизни
За сотни миллионов лет до появления курицы и яйца, которые стали предметом спора, первые сложные животные эволюционировали параллельно с ростом уровня кислорода на Земле. Но что появилось раньше — животные или кислород? Этот вопрос является центральной темой специального выпуска Emerging Topics in Life Sciences, опубликованного 28 сентября издательством Portland Press под названием «Ранняя Земля и возникновение сложной жизни». Выпуск был подготовлен под редакцией Тимоти Лайонса, выдающегося профессора биогеохимии из UC Riverside, вместе с профессором Мэри Дрозер, постдокторантом Кимберли Лау и профессором UC Santa Barbara Сюзанной Портер. Несколько из 18 статей сборника были написаны или соавторами исследователей из UC Riverside.
Хотя геологические и палеонтологические данные свидетельствуют о том, что формирование сложной жизни и оксигенация планеты шли рука об руку, детали возможных причинно-следственных связей остаются неясными и обсуждаемыми. Стимулировал ли рост уровня кислорода в океанах и атмосфере формирование сложной жизни, были ли эти процессы не связаны, или, наоборот, появление и распространение сложной жизни вызвало рост кислорода? «Хотя эти вопросы в значительной степени остаются без ответа, этот тематический сборник предлагает современный взгляд на отношения между ранними организмами и их средой через призму разнообразной группы ученых, использующих различные передовые методы», — отметил Лайонс.
Кислород начал накапливаться в океанах и атмосфере 2,3–2,4 миллиарда лет назад во время Великого кислородного события. К 1,8 миллиарда лет назад его уровень упал до промежуточных значений, где оставался стабильным ещё миллиард лет — период, названный учёными «скучным миллиардом». Около 800 миллионов лет назад уровни, вероятно, снова повысились, и вскоре после этого эволюционировали первые животные.
Статья Скотта Эванса, аспиранта из лаборатории Дрозер, представляет доказательства, предполагающие, что очередной подъём уровня кислорода катализировал инновации в животной жизни. Изучая ископаемых животных возрастом 550–560 миллионов лет (эдиакарский период), Эванс показал, что ранние животные Земли — обитавшие в океане существа, «дышавшие» путем диффузии, — эволюционировали, чтобы стать крупнее. Это означало, что меньшая доля их клеток контактировала с окружающей водой в период повышенного содержания кислорода, и они снова уменьшились во время временного снижения. «Эта взаимосвязь предполагает, что рост уровня кислорода мог обеспечить среду, необходимую для диверсификации сложных планов строения тела и энергетически затратных экологий», — пояснил Лайонс.
Не все авторы в серии статей согласны с тем, что рост кислорода был ключом к успеху наших ранних предков. Даниэль Миллс из Университета Южной Дании предупреждает, что взаимосвязь между эволюцией сложной жизни и увеличением оксигенации остаётся открытым вопросом. Возможно, появление животных могло быть основано на «внутренних ограничениях развития», то есть времени, которое потребовалось для эволюции животных со сложным клеточным механизмом, управляемым сложной генетикой, независимо от изменений окружающей среды.
«Читатели не найдут в этом сборнике одного четкого ответа, — сказал Лайонс. — Вместо этого нашей целью было дать им современный взгляд на ключевые дебаты об эволюции ранней сложной жизни и изменениях окружающей среды, полный контекст, стоящий за вопросами и неопределенностями, и работу, которую ещё предстоит сделать».