Биологи пересмотрели роль кислорода в возникновении сложных организмов

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.