Исследование опровергает связь роста кислорода с появлением многоклеточных организмов в океанах Земли

Новое исследование опровергает 70-летнее предположение о том, что повышение уровня кислорода вызвало взрывное развитие первых многоклеточных организмов.

В период от 685 до 800 миллионов лет назад, во время Авалонского взрыва (предшественника более известного Кембрийского взрыва), в океанах Земли начали появляться многоклеточные организмы. Морские губки и другие причудливые многоклеточные формы жизни начали замещать одноклеточные амёбы, водоросли и бактерии, которые доминировали на планете более 2 миллиардов лет.

Ранее считалось, что именно рост уровня кислорода спровоцировал эволюционный скачок к более сложным морским организмам. Это опровергается исследованием, проведённым учёными из Копенгагенского университета совместно с коллегами из Океанографического института Вудс-Хоул, Университета Южной Дании и Лундского университета.

Изучив химический состав древних горных пород из горного хребта в Омане, исследователи смогли измерить концентрацию кислорода в мировом океане в период появления этих организмов. Вопреки ожиданиям, результаты показали, что концентрация кислорода на Земле не увеличилась. Уровень оставался в 5–10 раз ниже современного — примерно таким, как на высоте, вдвое превышающей Эверест.

Исследование опубликовано в журнале Geobiology.

«Наши измерения дают хорошее представление о том, какой была средняя концентрация кислорода в мировом океане в то время. Нам очевидно, что не было значительного увеличения количества кислорода, когда более развитая фауна начала эволюционировать и доминировать на Земле. Фактически, наблюдалось даже некоторое небольшое снижение», — говорит доцент Кристиан Й. Бьеррум.

Пересмотр понимания истоков жизни

Новый результат ставит точку в 70-летней истории исследований, утверждавших ключевую роль высоких концентраций кислорода в развитии сложной жизни.

«То, что мы теперь с высокой степенью уверенности знаем, что кислород не контролировал развитие жизни на Земле, даёт нам совершенно новую историю о том, как возникла жизнь и какие факторы определяли этот успех», — отмечает исследователь.

Отсутствие кислорода могло помочь развитию

Если не кислород, то что вызвало взрыв жизни в ту эпоху? Возможно, как раз противоположное, объясняет Бьеррум.

«Интересно, что взрыв многоклеточных организмов происходит в период низких концентраций кислорода в атмосфере и океане. Это указывает на то, что организмы извлекли пользу из более низкого уровня кислорода и смогли развиваться в спокойных условиях, поскольку химический состав воды естественным образом защищал их стволовые клетки».

Это явление изучается в исследованиях рака и стволовых клеток человека и животных. Коллеги из Лундского университета наблюдали, что низкий уровень кислорода критически важен для контроля над стволовыми клетками до того момента, когда организм решает, что клетка должна развиться в конкретный тип, например, мышечную клетку.

«Слишком много кислорода — и клетки начнут развиваться, а в худшем случае — бесконтрольно мутировать и погибать. Вполне возможно, что этот механизм работал и тогда», — заключает Бьеррум.

Окаменелости из Омана

В исследовании анализировались образцы пород, в частности, из гор Омана. Сегодня это высокие засушливые горы, но во время Авалонского взрыва они находились на морском дне.

Выводы были подтверждены изучением окаменелостей из трёх горных хребтов мира: гор Омана, гор Маккензи (северо-запад Канады) и района Ущелий Янцзы в Южном Китае.

Анализы проводились с использованием изотопов таллия и урана, найденных в горных породах. На основе этих данных исследователи смогли рассчитать уровень кислорода, существовавший сотни миллионов лет назад.