Складне життя виникло на засніженій Землі – дослідники

Хімічні сліди життя на камінні, віком декілька мільярдів років, вказали дослідникам на стрибок багатоклітинних організмів під час драматичної льодовикової ери. Історія життя на Землі стала трохи менш таємничою.

Життя як явище існує на Землі вже понад 2 мільярди років, проте вийти за межі мікроскопу воно змогло не так давно – близько 500 мільйонів років тому. Коли саме та за яких умов відбувся стрибок від мікробів до багатоклітинних рослин та тварин? Це питання довгий час залишалось відкритим для біологів.

“Земля-сніжок”

У нещодавно опублікованій статті автори дуже обережно відбудували часову лінію земного життя до та після Кріогенію (720 – 635 млн років тому), коли океани вкривав товстий шар снігу та льоду. У космосі виднілась Земля-сніжок, біла та холодна, а через тодішню швидкість обертання планети доба тривала лише 18 годин.

Вивчивши серію зледенінь планети близько 720 – 635 млн років тому, вчені запропонували гіпотезу “Землі-сніжка”. Джерело: NASA

Кріогеній тривав досить довго, і за цей час крига відступала декілька разів. Проте найсуворішим виявилось Стуртианське зледеніння, коли холод практично повністю скував океани від полюсів до екватора. Близько 659 мільйонів років тому Стуртианське зледеніння закінчилось парниковим періодом, який призвів до швидкого нагрівання Землі. Щойно поверхня почала перегріватись, розпочалось Протерозойське зледеніння, яке знову вкрило планету шаром криги. Проте на 15 млн років, між двома станами планети-сніжка, на Землі все ж утворилось вікно, з якого почав поширюватись новий світ.

Тектоніка Землі Родінія
Перш ніж в океанах почав активно поширюватись фітопланктон, який став основною їжею для багатоклітинних тварин, континенти Землі з’єднались, роз’єднались та знову зійшлись разом. Джерело: doi.org/10.1016/j.precamres.2014.09.013

Йохен Дж. Брокс з Австралійського національного університету вирішив приєднатися до команди дослідників, аби вивчити сліди багатоклітинного життя. Він почав переглядати прадавню породу на наявність залишків клітинних мембран. Останні переважно складаються з ліпідів та їхніх побічних продуктів, тому вони слугують чудовими “біомаркерами”, так само, як і скам’янілості древніх мікроорганізмів.

Досліджуючи хімічні зміни у складі цих мембран, Брокс та його колеги помітили “швидкий підйом” нових та більших за розмірами форм рослинного планктону, який відбувся у теплому океані одразу після Стуртианського зледеніння. Вони також з’ясували, що деякі з цих форм були еукаріотами, тобто вони встигли розвинути клітинне ядро – необхідний елемент багатоклітинних організмів.

Зрештою, такий еволюційний стрибок не міг статися без докорінних змін у геохімії планети після Стуртианського зледеніння. Хімічні зміни мали зачепити все, від верхніх шарів атмосфери до найглибших вод океанів.

Великий кисневий бум

Дослідники вважають, що ця трансформація почалася, коли танення льодовиків наприкінці льодовикового періоду викликало швидку ерозію суходолу, відправляючи в океани величезні кількості поживних речовин. Суспензія крижаних мінералів потрапляла у море та опускалася на дно, поглинаючи вуглець.

“Такі масові поклади зв’язаного вуглецю повинні були збалансуватись шляхом викиду кисню в атмосферу, ініціюючи затяжну оксигенацію нео-протерозойських глибоких океанів.”

– пишуть дослідники.

Раптом, бідний на кисень світ був масово заповнений бажаним елементом, як у воді, так і в атмосфері.

Підвищення рівня кисню запустило цілий ланцюг подій. Імовірно, це призвело до збільшення у воді концентрацій фосфору, який є будівельним блоком ДНК та молекул АТФ, кислота, яка забезпечує енергією наші тіла. Це створило умови для розвитку таких складних організмів, як водорості, які вивільняють кисень у процесі травлення. З поширенням водоростей з’явились форми, які почали харчуватись водоростями, а згодом – й інші хижаки нагорі харчової ланки.

Часова лінія та геохімія Землі
Часова лінія демонструє зміни у геохімії Землі та розвиток еукаріотів, зокрема водоростей. Джерело: Brocks, et. al. | Science Ukraine

Чим більше істот гинуло та залишалось на дні океану, тим більше вуглецю накопичувалось у їхніх скелетах та надовго залишалось ізольованим. Таким чином, планета розробила “ефективний біологічний насос”.

Зміни, викликані киснем та фосфором, було неможливо зупинити. Навіть після Протерозойського зледеніння, коли температура води у тропіках сягала 60 °C за Цельсієм, водорості та фітопланктон мігрували до прохолодніших полюсів та продовжували збільшувати своє різноманіття. Саме тому ми підходимо до висновку, що життя у нашому розумінні з’явилось у проміжку між Землею-сніжком та глобальним тепличним парником. Лише 550 мільйонів років тому клімат планети стабілізувався, і на еволюційній сцені з’явились тварини з головами, кінцівками та окремими внутрішніми органами.

На думку гарвардського біолога Ендрю Кнолла, який не брав участі у дослідженні, ця робота “змінить дискусію” про виникнення складного життя на Землі. Існує чіткий зв’язок між умовами навколишнього середовища та еволюцією життя, і якби не було різкого підвищення вмісту кисню в океані, тварини та рослини ніколи б не з’явились.

Саме тому зменшення кисню в океанах та морях через глобальні зміни клімату та потрапляння стічних вод, яке відбувається сьогодні, так непокоїть вчених. Позбавлені кисню, “мертві зони”, здатні зупинити біологічний насос планети. Потужна геохімічна машина, яка працювала сотні мільйонів років, може так само зупинитись.

Іноді, збурення у цих процесах можуть повністю трансформувати світ та забезпечити розповсюдження життя, як це трапилось з підвищенням рівнів кисню та фосфору. Але, так само, це може призвести й до вимирання.

Nature, 2017. DOI: 10.1038/nature23457

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або