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
| Рассуждения | 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

Ничего лучше в путешествие не найти! Обзор складного фена Dreame Pocket AHD51

Сегодня я расскажу о легком и компактном складном фене Dreame Pocket (AHD51), который станет незаменимым помощником в любой поездке благодаря быстрой и комфортной сушке. Этот фен оснащён двумя...

Новое поколение: обзор магнито-планарных наушников TinHiFi P1 Max II

В это сложно поверить, но планарные наушники P1 от компании TinHiFi получили ещё одно продолжение в лице уже немного нашумевших P1 Max II. Модель и правда получилась отличная, однако к чему...

Почему не стоит собирать игровой ПК на процессоре Xeon

Сборка персонального компьютера — это дело не простое, особенно в наше неспокойное время, когда цены на компьютерные комплектующие сильно зависят от геополитической обстановки в мире....

Зачем в местах ядерных катастроф высаживают подсолнухи

Высаживание подсолнухов на местах ядерных катастроф кажется на первый взгляд странной практикой, но на самом деле эта идея имеет глубокие научные и экологические обоснования. Подсолнухи, известные...

NASA уверяет: экипаж Starliner «не застрял». Но когда ждать возвращения на Землю?

Миссия Starliner, амбициозный проект компании Boeing по созданию пилотируемого космического корабля для NASA, вновь столкнулся с трудностями. Несмотря на успешный запуск 5 июня и стыковку с...

Почему выключатели и розетки в квартирах раньше ставили так высоко

Многие еще помнят, что высота выключателей света в квартирах в советское время была не такой, как делают при ремонтах теперь. Тогда считалось нормой положение выключателя в 150-160 см от пола,...