В современном океане фитопланктон и пикоэукариотические организмы (фракция фитопланктона размером от 0,2 до 2 мкм) доминируют в бедных питательными веществами средах, в то время как более крупные и сложные организмы доминируют в богатых питательными веществами (в частности, фосфором) средах. Поэтому предполагается, что наличие этих питательных веществ и повышение концентрации кислорода в морской среде способствовало эволюции первых форм жизни в сторону большей сложности и разнообразия.
Эта гипотеза согласуется с данными ископаемых, согласно которым эукариотические организмы впервые появились между 1,7 и 1,5 миллиардами лет назад, а затем диверсифицировались в более сложные организмы 635 миллионов лет назад, после увеличения доступности кислорода и питательных веществ.
«Наличие фосфора в окружающей среде считается ключевым элементом в эволюции жизни на Земле, особенно при переходе от простых одноклеточных организмов к сложным организмам, таким как животные и растения«, — объясняет Эрнест Чи Фру, ведущий автор нового исследования и старший преподаватель Школы наук о Земле и окружающей среде Кардиффского университета, в пресс-релизе.
Однако в 2,1-миллиардном ископаемом бассейне Франсвиль на юго-востоке Габона был обнаружен уникальный набор удивительно крупных и сложных образцов. Кроме того, исследования ранее предполагали наличие первобытного моря, богатого питательными веществами и кислородом. В связи с этим возникли вопросы о датировке появления первых сложных форм жизни на Земле и о факторах, способствовавших этому.
Чи Фру и его коллеги предлагают положить конец спорам, предположив, что на планете было два эпизода биологической диверсификации — 2,1 миллиарда лет назад и 635 миллионов лет назад. Новое исследование, опубликованное в журнале , указывает на серьезное изменение окружающей среды и особые геохимические условия, которые могли способствовать возникновению сложной формы жизни в изоляции.
Биодиверсификация в два этапа
Чтобы проверить свою гипотезу (изменение окружающей среды, которое привело к большим размерам и удивительной сложности окаменелостей франсвиллии), ученые в новом исследовании смоделировали ряд биогеохимических условий в морской воде в этом регионе. Среди них были условия, преобладавшие в океане до того, как окаменелости достигли длины более 17 сантиметров, и до того, как они стали сегментированными, трубчатыми, лопастными и нитевидными.
Полученные данные показали, что в древней морской части этого района (датируемой 2,1 миллиарда лет назад) было удивительно высокое содержание фосфора. Его концентрация была сопоставима с той, которая способствовала биологической диверсификации 635 миллионов лет назад.
Исследователи считают, что это связано с интенсивной гидротермальной активностью, вызванной столкновением и таянием кратонов Конго и Сан-Франциско. Кратоны — это древние континентальные плиты, которые остались после таяния и разделения континентов и суперконтинентов около 500 миллионов лет назад. В результате этого регионального катаклизма образовалось мелководное внутреннее море, изолированное от остальных океанов и чрезвычайно богатое питательными веществами.
Такая изолированная среда благоприятствовала фотосинтезу цианобактерий, что значительно повысило уровень кислорода. Такая доступность ресурсов способствовала бы появлению сложных форм жизни в этом районе. «Это дало бы достаточно энергии для увеличения размеров тела и более сложного поведения, наблюдаемого у простых примитивных животноподобных форм жизни, таких как те, что встречаются в окаменелостях этого периода«, — говорит Чи Фру.
Однако эта изоляция и враждебные условия, преобладавшие вне этой среды, вероятно, не позволили этим ранним формам жизни процветать в глобальном масштабе. Эти результаты позволяют предположить, что биологическая диверсификация происходила в два этапа, первый из которых оказался неудачным, а второй привел к появлению животного биоразнообразия, которое мы наблюдаем сегодня. В качестве следующего шага команда планирует продолжить изучение условий окружающей среды, которые могли привести к первой биодиверсификации.