Холодные воды «Земли-снежка» могли подтолкнуть ранние организмы к увеличению размеров
Новое исследование Университета Колорадо в Боулдере предполагает, что сотни миллионов лет назад мелкие одноклеточные организмы могли эволюционировать в более крупные многоклеточные формы жизни, чтобы эффективнее продвигаться сквозь ледяную воду.
Исследование под руководством палеобиолога Карла Симпсона опубликовано в журнале The American Naturalist. Оно сосредоточено на ключевом вопросе: как жизнь на Земле, начавшаяся с крошечных форм, стала большой?
«Когда организмы становятся большими, они получают явное экологическое преимущество, потому что физика захвата пищи меняется. Но сложность для исследователей заключалась в объяснении того, как они стали большими», — сказал Симпсон.
В новом исследовании Симпсон с помощью математических уравнений утверждает, что этот важнейший сдвиг мог быть связан с гидродинамикой — стремлением к более эффективному движению.
Около 750 миллионов лет назад планета внезапно и резко охладилась — период, называемый «Земля-снежок». Чтобы адаптироваться к этим условиям, затрудняющим плавание, мелкие организмы, подобные бактериям, могли начать объединяться, образуя более крупную и сложную жизнь.
Результаты могут помочь раскрыть, как предки всей современной многоклеточной жизни — от цветов до слонов и людей — впервые возникли на Земле.
«Плавая вместе, эти клетки могли оставаться маленькими на индивидуальном уровне, но при этом производить больше мощности. Как группа они становятся и больше, и быстрее», — пояснил Симпсон.
Земля-снежок
Во время «Земли-снежка» ледяные щиты толщиной в полмили или более могли покрывать планету до 70 миллионов лет, а температура в океанах опускалась ниже 0°C.
Но даже в этих условиях произошло нечто удивительное: по всей планете начали появляться первые организмы, состоящие из множества клеток. Учёные до сих пор не уверены, как выглядели эти древние многоклеточные организмы. Одна из теорий предполагает, что они напоминали Volvox — тип водорослей в форме полой сферы.
Ответ на эту загадку может заключаться в малоизвестном свойстве воды. Когда солёная вода становится холоднее, она также становится в несколько раз более вязкой. Для организмов размером с современную бактерию эта разница огромна.
«Когда ты мал, ты застрял. Вода двигает тебя», — сказал Симпсон.
Плавание в холодной воде
Геолог провёл серию расчётов, чтобы оценить, как организмы различных форм и размеров могли бы существовать в океанах «Земли-снежка». В этом случае больше — действительно лучше.
Современные бактерии и другие одноклеточные организмы перемещаются в водной среде с помощью двух инструментов: ресничек (волосковидных выростов) и жгутиков (подобных «хвосту» сперматозоида). Оба этих инструмента в условиях холодного океана были бы крайне медленными, показывают его расчёты.
Если же отдельные клетки объединялись, чтобы создать более крупный организм, они могли производить гораздо больше мощности для плавания, сохраняя низкие энергетические потребности каждой клетки.
«Преимущество многоклеточной стратегии в том, что каждая клетка остаётся маленькой и имеет низкие метаболические потребности, но эти клетки могут плавать вместе», — сказал Симпсон.
Сейчас он проверяет теорию с помощью экспериментов с современными водорослями в лаборатории и более глубокого изучения летописи окаменелостей. Одно ясно: как только формы жизни стали большими, перед ними открылся совершенно новый мир возможностей.
«Когда ты большой, ты теперь можешь двигать воду, а не наоборот», — заключил Симпсон.