Могли ли мы появиться без глобальных оледенений? «Земля — снежный ком» — парадоксальная колыбель наших многоклеточных предков

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

История жизни на Земле — это история постоянного преодоления, поиска новых путей и удивительных превращений. Одним из самых значимых этапов на этом пути стало возникновение многоклеточных организмов — то самое событие, которое в конечном итоге привело к появлению и нас с вами. Но что подтолкнуло жизнь к этому революционному шагу? Ученые предполагают, что ключом к разгадке может служить один из самых суровых периодов в истории нашей планеты — эпоха глобальных оледенений, известная как «Земля — снежный ком».

Представьте себе Землю, скованную льдом от полюсов до экватора. Температура воды близка к точке замерзания, солнечный свет едва пробивается сквозь толщу льда, а доступные питательные вещества ограничены. Именно в этой враждебной среде, как ни странно, возникли предпосылки для появления сложных форм жизни.

Каким образом суровые условия могли способствовать развитию многоклеточности? Для ответа на этот вопрос обратимся к исследованиям, проведенным командой ученых из Массачусетского технологического института, Санта-Фе и Университета Колорадо. Используя математические модели, они воссоздали условия «Земли — снежного кома» и проанализировали, как эти изменения повлияли на эволюцию организмов.

Земля — снежный ком, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Ключевым фактором, повлиявшим на ход эволюции, стало резкое снижение количества доступных ресурсов. Проще говоря, еды стало гораздо меньше. Это привело к жесткой конкуренции за выживание, и выигрывали в этой борьбе те, кто мог эффективнее использовать скудные запасы.

И здесь на сцену выходят два основных игрока того времени — одноклеточные организмы, полагавшиеся на диффузию для получения питательных веществ, и гипотетические многоклеточные, напоминавшие по строению современных колониальных жгутиконосцев — хоанофлагеллят.

(a) Неподвижная диффундирующая клетка. Сферическая клетка впитывает все питательные вещества у поверхности клетки (C = 0), в результате чего химические ресурсы (например, глюкоза) диффундируют к клетке издалека (C = C∞). (b) Подвижный хоанофлагеллят. Организм полый с внешним радиусом a и плывет со скоростью v. Подвижность организма означает, что он движется баллистически по отношению к своей жертве. Концентрация ресурсов предполагается постоянной (C = C∞).
Автор: Crockett William W., Shaw Jack O., Simpson Carl and Kempes Christopher P. 2024Physical constraints during Snowball Earth drive the evolution of multicellularityProc. R. Soc. B.29120232767 DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2767 CC-BY 4.0 Источник: royalsocietypublishing.org

Первым, чтобы выжить, пришлось изрядно «похудеть». Снижение температуры замедлило метаболизм, а значит, и потребность в энергии снизилась. Однако доступность питательных веществ упала еще сильнее, и единственным выходом для одноклеточных стало уменьшение размеров, чтобы более эффективно поглощать редкие крохи пищи.

А вот для многоклеточных наступили «золотые времена». Их строение, напоминающее полую сферу, давало им ряд преимуществ. Во-первых, большая площадь поверхности позволяла им эффективнее захватывать питательные вещества. Во-вторых, способность к движению, пусть и примитивному, давала им возможность активнее искать пищу, в отличие от их неподвижных одноклеточных конкурентов. Наконец, их «коллективный» метаболизм, распределенный между множеством клеток, требовал меньше энергии на единицу массы по сравнению с одиночными клетками.

Таким образом, «Земля — снежный ком», ставшая суровым испытанием для жизни, одновременно послужила и мощным толчком для ее развития. Именно в этих экстремальных условиях преимущества многоклеточности проявили себя в полной мере, открыв дорогу к невероятному разнообразию животного и растительного мира, которым мы можем любоваться сегодня.

Обобщенная зависимость размера организма от температуры для диффузной клетки и хоанофлагеллята с разными значениями Ea при постоянной концентрации ресурсов.
Автор: Crockett William W., Shaw Jack O., Simpson Carl and Kempes Christopher P. 2024Physical constraints during Snowball Earth drive the evolution of multicellularityProc. R. Soc. B.29120232767 DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2767 CC-BY 4.0 Источник: royalsocietypublishing.org

Если многоклеточность давала такие преимущества во время «Земли — снежного кома», почему же она не появилась раньше, ведь в истории Земли были и другие ледниковые периоды?

Действительно, рассматриваемый нами период не был единственным периодом глобального похолодания. Возможно, дело в том, что предыдущие оледенения не были столь суровыми и продолжительными, и жизнь находила другие пути адаптации. Кроме того, нельзя исключать, что многоклеточность все же возникала и раньше, но те ранние эксперименты эволюции не оставили после себя явных следов.

Может ли изменение климата в наши дни спровоцировать новый виток эволюции и появление принципиально новых форм жизни?

Дать однозначный ответ пока невозможно. Однако мы уже наблюдаем, как изменение климата влияет на эволюцию многих видов. Нельзя исключать, что в долгосрочной перспективе это может привести к появлению новых, более адаптированных к изменившимся условиям форм жизни.

1 комментарий

a
Автор(ка) открыл для себя сериал Космос, выпущенный много лет назад?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

ZiiGaat x Vivir Digital: RUMBA — в ритме танца — обзор динамических внутриканальных наушников с гарнитурным кабелем

Мое знакомство с компанией ZiiGaat началось с бюджетной динамической модели Nuo. И, если я не ошибаюсь, это была вообще самая первая модель компании. С тех пор компания сделала себе имя на...

Как выбрать сладкий арбуз: признаки, которые помогут отличить спелую и вкусную ягоду от недозрелой

Выбор арбуза не будет лотереей, если знать по каким признакам «внешности» можно определить его спелость и сладость. Как выбрать арбуз, который будет спелым и сладким.

Медлительность ленивцев оказалась эволюционным преимуществом, а не недостатком

Ленивцы тратят на 80% меньше энергии, чем положено млекопитающим их размера. Исследователи нашли в их ДНК 38 генов-дублёров, которые работают как резервная система, когда митохондрии дают сбой.

Геологи подтвердили самое древнее столкновение астероида с Землей: найден единственный уцелевший кратер возрастом 3 миллиарда лет

Изучение ранней истории Земли затрудняется тем, что наша планета практически не сохранила свой первоначальный облик. Из-за непрерывного движения литосферных плит, вулканической активности,...

В субботу, 27 июня, к Земле приблизится крупный астероид 1997 NC1: почему ученые до сих пор не знают точный размер, и как его наблюдать?

27 июня 2026 года довольно крупный околоземный астероид (152637) 1997 NC1 приблизится к Земле на расстояние почти 2,56 миллиона километров. Траектория полета полностью безопасна для нашей...

Африка раскалывается там, где этого никто не ждал: что нашли в горячих источниках Замбии

Африканский континент начал раскалываться в новом месте. Горячие источники Замбии выдали мантийный гелий — признак того, что здесь формируется граница плит. Что нашли учёные и почему это важно.