Как возникло разнообразие жизни — новое объяснение причин Кембрийского взрыва
Представьте мир, в котором уровень кислорода, необходимого для жизни, резко меняется днем и ночью. Днем его много, а вот ночью почти нечем дышать. Это именно то, с чем столкнулись ранние формы жизни в морях и океанах около полумиллиарда лет назад. И именно в это время и произошел всплеск разнообразия животных, известный как «Кембрийский взрыв».
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, предполагает, что в этом драматическом периоде эволюции ключевую роль сыграли резкие колебания уровня кислорода, пишет Conversation.
В течение десятилетий ученые спорили о том, что послужило толчком для этого эволюционного прорыва. Многие указывали на долгосрочные изменения в атмосфере — общее повышение уровня кислорода. Однако в последние годы такая точка зрения подвергается сомнению. Авторы нового исследования указывают на другой фактор.
Ежедневные изменения уровня кислорода на морском мелководье, возможно, усложняли жизнь ранних животных (предков всех современных), побуждая их адаптироваться и таким образом способствовали разнообразию.
Ученые использовали компьютерную модель, которая имитирует условия на солнечном морском дне. Она учитывает химию разных живых организмов, а также температуру, солнечный свет, разные типы осадков и воды. Авторы показали, что на теплом мелководье водах в Кембрийскую эпоху уровень кислорода мог резко колебаться между днем и ночью. При этом в целом его уровень был ниже, чем сегодня.
Днем, благодаря фотосинтезу морских водорослей, производилось много кислорода. Однако ночью фотосинтез прекращался из-за отсутствия света, и водоросли, используя кислород для клеточных функций, быстро поглощали его, что приводило к аноксии. Эти ежедневные изменения уровня кислорода давали интенсивные физиологические испытания для ранних животных. Экстремальные условия часто оказываются катализатором эволюционных инноваций, способствуя развитию специализированных черт, повышающих адаптацию.
Адаптации, которые помогли выжить в быстро меняющихся условиях, передавались по наследству, способствуя развитию более сложных форм жизни. Ключевой адаптацией тогда могла стать способность эффективно обнаруживать и реагировать на колебания кислорода. Она регулируется клеточной системой контроля HIF-1α. Клеткам современных животных она помогает обнаруживать и адаптироваться к изменениям количества кислорода. Это очень влияет на энергетический обмен и координацию функций клетки.
