Почему жизнь на Земле впервые стала большой

Некоторые из самых ранних сложных организмов на Земле — возможно, одни из первых существовавших животных — увеличились в размерах не для конкуренции за пищу, а чтобы распространять своё потомство как можно дальше.

Исследование под руководством Кембриджского университета показало, что наиболее успешными организмами, жившими в океанах более полумиллиарда лет назад, были те, кто мог «забрасывать» своё потомство дальше всех, тем самым колонизируя окружающую среду. Результаты опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

До эдиакарского периода, между 635 и 541 миллионом лет назад, формы жизни были микроскопическими, но в эдиакарии впервые появились крупные сложные организмы. Некоторые из них, например, организмы, известные как рангеоморфы, достигали двух метров в высоту. Эти организмы были одними из первых сложных существ на Земле и, хотя они похожи на папоротники, могли быть одними из первых животных — хотя учёным трудно быть в этом полностью уверенными. У эдиакарских организмов, по-видимому, не было ртов, органов или средств передвижения, поэтому считается, что они поглощали питательные вещества из окружающей воды.

По мере того как эдиакарские организмы становились выше, формы их тел диверсифицировались, а у некоторых развились стеблеподобные структуры для поддержания высоты.

В современных средах, таких как леса, существует острая конкуренция между организмами за ресурсы, например, свет, поэтому более высокие деревья и растения имеют очевидное преимущество перед низкорослыми соседями. «Мы хотели выяснить, существовали ли аналогичные движущие силы для организмов в эдиакарский период», — сказала ведущий автор статьи доктор Эмили Митчелл из Отдела наук о Земле Кембриджа. «Стала ли жизнь на Земле большой в результате конкуренции?»

Митчелл и её соавтор доктор Шарлотта Кенчингтон из Мемориального университета Ньюфаундленда в Канаде изучили окаменелости с мыса Мистейкен-Пойнт на юго-востоке Ньюфаундленда — одного из самых богатых местонахождений эдиакарских окаменелостей в мире.

Более ранние исследования выдвигали гипотезу, что увеличение размеров было вызвано конкуренцией за питательные вещества на разных глубинах. Однако текущая работа показывает, что эдиакарские океаны были больше похожи на «шведский стол».

«Океаны в то время были очень богаты питательными веществами, поэтому конкуренции за ресурсы было немного, а хищников ещё не существовало», — сказала Митчелл, научный сотрудник Хенслоу в Колледже Мюррей Эдвардс. «Так что должна была быть другая причина, по которой формы жизни стали такими большими в этот период».

Поскольку эдиакарские организмы не были подвижными и сохранились там, где жили, можно проанализировать целые популяции по палеонтологической летописи. Используя методы пространственного анализа, Митчелл и Кенчингтон обнаружили, что корреляции между высотой и конкуренцией за пищу не было. Разные типы организмов не занимали разные части водной толщи, чтобы избежать конкуренции за ресурсы — процесс, известный как ярусность.

«Если бы они конкурировали за пищу, то мы ожидали бы обнаружить, что организмы со стеблями были сильно ярусными», — сказала Кенчингтон. «Но мы обнаружили обратное: организмы без стеблей на самом деле были более ярусными, чем со стеблями, поэтому стебли, вероятно, служили другой функции».

По мнению исследователей, одной из вероятных функций стеблей было обеспечение большего рассеивания потомства, которое рангеоморфы производили, выпуская мелкие пропагулы. Самые высокие организмы были окружены самыми большими скоплениями потомства, что позволяет предположить, что преимущество высоты заключалось не в большем количестве пищи, а в больших шансах колонизировать территорию.

«Хотя более высокие организмы находились в более быстротекущей воде, отсутствие ярусности в этих сообществах показывает, что их высота не давала им никаких явных преимуществ в плане усвоения питательных веществ», — сказала Митчелл. «Вместо этого размножение, по-видимому, было основной причиной, по которой жизнь на Земле стала большой именно тогда».

Несмотря на свой успех, рангеоморфы и другие эдиакарские организмы исчезли в начале кембрийского периода около 540 миллионов лет назад — периода быстрого эволюционного развития, когда большинство основных групп животных впервые появляются в палеонтологической летописи.