Представители эдиакарской биоты были едва ли не первыми сложноустроенными многоклеточными существами на Земле. Считается, что их появление стало возможным благодаря накоплению в воде кислорода. Но новое исследование показало, что в то время кислород оставался в дефиците. Именно это могло создать комфортные условия для созревания стволовых клеток и развития сложного тела со специализированными тканями.
Эдиакарская биота на дне океана: реконструкция / ©Ryan Somma, Wikimedia Commons
Сложные многоклеточные существа начали массово развиваться около 575 миллионов лет назад, во время Авалонского взрыва. Обычно это связывают с накоплением в океане свободного кислорода. Однако новая работа ученых из Копенгагенского университета поставила под сомнение такие представления. Их результаты показали, что тогда кислород в воде был по-прежнему в дефиците и, возможно, именно это стимулировало возникновение сложных организмов. Статья Чедлина Острандера (Chadlin Ostrander) и его коллег опубликована в журнале Geobiology.
Ключевые типы животных, включая моллюсков, хордовых и членистоногих, возникли около 540 миллионов лет назад, во время Кембрийского взрыва биологического разнообразия. До того в океанах существовали организмы, мало похожие на современные, — эдиакарская биота. Они считаются первыми по-настоящему сложными существами, появившимися после миллиардов лет, в течение которых жизнь на Земле ограничивалась примитивными формами, обычно одноклеточными.
Эдиакарская биота возникла примерно за 33 миллиона лет до кембрия, в процессе Авалонского взрыва. Это событие связывают с накоплением в воде достаточных количеств свободного кислорода, который позволил развиваться вполне сложным многоклеточным животным и экосистемам. Фотосинтезирующие микробы появились намного раньше, однако долгое время выделяемый ими кислород быстро связывался с минералами, образуя нерастворимые соединения. Лишь позднее, когда окисление поверхностных пород завершилось, началось его накопление в воде, а затем — и в воздухе. Предположительно, это и привело к Авалонскому взрыву и появлению эдиакарской биоты.
Чтобы проверить такую гипотезу, Острандер и его соавторы собрали образцы древних отложений, которые некогда оседали на океанском дне, а сегодня входят в состав горных цепей на территории Канады, Омана и Китая. Химический анализ позволил определить условия, в которых эти породы образовались, в том числе количество присутствовавшего в воде кислорода. Оказалось, океан времен Авалонского взрыва оставался практически лишен этого газа. Ученые предполагают, что именно дефицит кислорода позволил появиться эдиакарской биоте.
Современные исследования указывают, что для созревания стволовых клеток требуются строго ограниченные количества кислорода. При его избытке эти процессы могут идти неконтролируемо, нанося вред организму в целом. Возможно, поэтому именно небольшие количества кислорода в воде стали важным подспорьем для первых существ с дифференцированными тканями. Они позволили им спокойно развиваться и формировать сложноустроенное тело еще до того, как в организме животных появились более сложные механизмы контроля концентрации кислорода.
Напомним, существует и альтернативный взгляд на связь кислорода с возникновением сложной жизни. Согласно этой гипотезе, крупные взрывы биологического разнообразия начались после возникновения одноклеточных, которые смогли разрушать фотосинтезирующие бактериальные маты, покрывавшие дно мелководий. Сдерживая неконтролируемое размножение фотосинтетиков, такие организмы заблокировали возможность «переключения» Земли в состояние глобальных оледенений, что стало основой для устойчивого развития биосферы в последние полмиллиарда лет.
Комментарии
Я думаю для появления хоть сколько-то сложной и многоклеточной жизни появление пусть бы небольшого количества кислорода обязательно ,ибо найти ему замену как окислителю крайне трудно.
однако
1 появление фотосинтетических организмов совсем не означало обязательного выделение кислорода в окружающую среду.
2 поскольку не существовало озонового слоя ,который есть производное от содержания какого-то процента кислорода в атмосфере, то жизнь тогда могла существовать только в воде .она только там могла быть защищена от жёсткого ультрафиолетового излучения солнца.
3 выделяемый в ходе фотосинтеза кислород поначалу использовался на окислении различных растворённых в воде в соединении.
4 лишь когда все эти соединения были окислены кислород стал выделяться в окружающую водную среду.
5 в водах того времени содержание растворённого кислорода по определению не могло быть слишком большим по двум причинам: климат был гораздо теплее( из-за большого содержания диоксида углерода и деятельности метаногенных организмов) А в тёплой воде кислород растворяется гораздо хуже. А вторая причина в том ,что кислород ,который не мог раствориться в воде спокойно мог выйти в атмосферу.
Гораздо позднее масштабное распространение фотосинтетических организмов вероятнее всего привело к тому, что с одной стороны Атмосфера земли стала гораздо разряженее (гораздо больше диоксида углерода было поглощено ,чем кислорода выделено).а во вторых холоднее ,ибо парниковые газы сменились непарниковыми . Поначалу это привело к повышению содержания кислорода в океанах и других водных бассейнах земли, что видимо сильно подхлестнуло развитие многоклеточной жизни, но позднее продолжение этого же процесса привело к глобальным оледенениям, когда именно эта сложная и многоклеточная жизнь оказалась первой на грани гибели.
Значит ли это, что для регенерации тканей этих органов нужен не кислород?Может дело совсем и не в кислороде. И кислород был не просто следующей ступенью развития через мутацию (отсюда возможность организмов мутировать чтобы выжить?) Это может стать прорывом в медицине. Генная инженерия со своими "молекулами" в развитии