Глобальные оледенения подстегнули эволюцию земной жизни

К организмам с ядром в клетках — эукариотам — относятся грибы, растения и животные (а также группы организмов под названием «протисты»). Несмотря на различия, считается, что у них общее происхождение: согласно наиболее распространенным гипотезам, эукариоты возникли 1,6-2,1 миллиарда лет назад.

Чтобы понять, как на эволюцию этих организмов повлияли изменение климата, колебания уровня кислорода в океане и другие геохимические процессы, международная команда ученых из Китайской академии наук, Технологического института Виргинии (США), Нанкинского университета (Китай) и Российской академии наук собрала и проанализировала данные о присутствии древних морских эукариот с начала протерозоя (примерно 2,5 миллиарда лет назад) вплоть до начала кембрийского периода (около 539 миллионов лет назад) в геологических слоях по всему миру.

Исследователи под руководством Цин Тана (Qing Tang) и Шухая Сяо (Shuhai Xiao) сопоставили интервалы появления и исчезновения видов, учитывая данные радиометрического датирования пород с помощью программы Constrained Optimization (CONOP). Такой подход позволил выстроить подробный и точный график колебания числа видов эукариот во времени.

Результаты научной работы, опубликованной в журнале Science, показали, что с 1,8 до 0,8 миллиарда лет назад численность и разнообразие эукариотических форм жизни оставались на довольно стабильном, но невысоком уровне. Значит, эволюция шла очень медленно, позволяя видам существовать без значительных изменений миллионы лет.

Все изменилось после двух глобальных криогенных ледниковых периодов (примерно от 720 до 635 миллионов лет назад): когда вся земная суша была полностью покрыта льдом, динамика эволюции древних эукариот заметно ускорилась. Более того, участились как массовые вымирания, так и всплески видообразования (в промежутках между оледенениями).

Авторы нового исследования пришли к выводу, что виды начали «сменять» друг друга чаще и активнее приблизительно 635-539 миллионов лет назад, это стало предпосылкой для последующего кембрийского взрыва — массового появления новых живых существ.

Полученная «карта жизни» показала, что после протяженного периода «застоя» резкие климатические изменения, в частности сильные оледенения, способствовали ускорению эволюционных процессов и возникновению новых групп организмов. Таким образом, древние виды могли эволюционировать гораздо медленнее и существовать дольше, но после глобальных оледенений темпы эволюции заметно возросли.

Наблюдаемые закономерности в чередовании подъемов и спадов в истории древней земной жизни поднимают множество вопросов для будущих исследований: ученым придется объяснить затянувшуюся «стабильность» до оледенений, роль климатических катаклизмов, колебания уровня кислорода в морях, а также понять, могла ли межвидовая конкуренция запустить эволюционную «гонку вооружений».

Результаты исследования также помогут предсказать, как современные экосистемы могут справляться с глобальными климатическими изменениями, и лучше понять причины и механизмы массовых вымираний и крупных «скачков» в эволюции.

«Наши результаты — наиболее полная и детализированная картина разнообразия протерозойских эукариот. Мы надеемся, что это исследование станет точкой отсчета для последующих исследований», — подытожили авторы научной работы.