Еволюція ранніх тварин була спричинена суворими умовами, а не ідеальними, як показує дослідження.
Уявіть світ, де рівень кисню змінюється кардинально між днем і ніччю. Вдень океани багаті на кисень, даючи енергію для полювання, а вночі – його майже немає, що значно сповільнює життя.
Саме такі екстремальні умови панували в морях і океанах близько пів мільярда років тому, коли відбувся “кембрійський вибух” – період різкого зростання різноманіття тварин.
Нове дослідження нашої команди показує, що саме ці різкі коливання рівня кисню могли відіграти ключову роль у цій еволюційній події.
Як жорсткі умови стимулювали еволюцію?
Десятиліттями вчені сперечалися про причини “кембрійського вибуху”. Багато хто вважав, що його викликало поступове зростання рівня кисню в атмосфері.
Однак за останні роки ця теорія зазнала критики. Наше дослідження пропонує інший погляд: різкі добові коливання рівня кисню на мілководді створювали стрес для перших тварин, змушуючи їх адаптуватися та розвиватися.
Замість того щоб сприяти розвитку ідеальними умовами, ці суворі умови змушували організми змінюватися, виживаючи в новому середовищі.
Використовуючи біогеохімічну модель, ми відтворили умови мілководдя кембрійського періоду. Дослідження показало, що вдень фотосинтезуючі водорості насичували воду киснем, створюючи сприятливе середовище. Але вночі, коли фотосинтез припинявся, а водорості споживали кисень для дихання, вода швидко ставала безкисневою (аноксичною).
Ці циклічні зміни кисню створювали величезний фізіологічний виклик для тварин, змушуючи їх розвивати стратегії виживання.
Як зміни навколишнього середовища сприяли зростанню біорізноманіття?
У кембрійський період супер-континент Родінія розпався, що призвело до розширення мілководних прибережних зон. Вони були багаті на поживні речовини та мали високу сонячну освітленість, що сприяло розвитку життя.
Ті види, які могли справлятися з кисневими коливаннями, отримували перевагу, маючи доступ до цього багатого середовища.
Як стрес впливає на еволюцію?
Фізіологічний стрес зазвичай вважають перешкодою для виживання. Але він також може бути рушійною силою еволюційних інновацій.
Однією з ключових адаптацій, що могли розвинутися в цей час, є здатність ефективно відчувати і реагувати на рівень кисню.
Цей механізм контролюється молекулярним шляхом HIF-1α (гіпоксія-індукований фактор 1), який допомагає клітинам реагувати на зміни кисню, регулюючи обмін речовин та інші функції.
Наше моделювання показує, що тварини, які розвинули складні механізми розпізнавання кисню, мали перевагу у виживанні та витісняли менш адаптовані види.
Висновок: важливість локальних факторів
Сьогодні біорізноманіття процвітає в екосистемах із високою конкуренцією, таких як тропічні ліси чи коралові рифи. Але в екстремальних умовах виживання залежить більше від здатності витримувати стрес, ніж від конкуренції.
Здатність адаптуватися до різких змін середовища могла сприяти появі складніших і витриваліших форм життя.
Ця модель кидає виклик традиційним уявленням, що геологічні зміни були єдиним фактором еволюції. Локальні умови, такі як добові коливання рівня кисню, могли бути не менш важливими у визначенні еволюційного шляху ранніх тварин.
