Протягом мільярдів років все життя на Землі було мікроскопічним, що складається в основному з одноклітинних організмів. Потім, близько 570 мільйонів років тому, несподівано виникли складні організми, включаючи тварин з м'якими губчастими тілами довжиною до метра. І протягом 15 мільйонів років життя такого розміру і складності існувало тільки в глибокій воді.
Вчені довго задавалися питанням, чому ці організми з'явилися в глибокому океані, де світла і їжі мало, в той час, коли кисню в атмосфері Землі було особливо мало. Нове дослідження Стенфордського університету, опубліковане 12 грудня в Proceedings of the Royal Society B, передбачає, що більш стабільні температури глибин океану дозволили розквітаючим формам життя найкращим чином використовувати обмежені запаси кисню.
Все це має значення почасти тому, що розуміння походження цих морських істот з едіакарського * періоду полягає у виявленні відсутніх ланок в еволюції життя і навіть нашого власного виду. «Без складного життя не може бути розумного життя», - пояснив Том Боаг, провідний автор статті і доктор геологічних наук у Стенфордській школі наук про Землю, енергії та довкілля (Stanford Earth).
Нове дослідження є частиною зусиль щодо застосування знань про фізіологію тварин для розуміння літопису скам'янілостей в контексті мінливого навколишнього середовища. Інформація може пролити світло на види організмів, які зможуть вижити в різних умовах в майбутньому.
Раніше вчені припустили, що тварини мають оптимальну температуру, при якій вони можуть розвиватися з найменшою кількістю кисню. Згідно з теорією, потреба в кисні вища при температурах, холодніше або тепліше, ніж у найбільш комфортному середовищі. Щоб перевірити цю теорію на тваринах, які нагадують про тих, хто процвітав у глибинах Едіакарського океану, вчені виміряли кисневі потреби морських анемонів, чиї желатинові тіла і здатність дихати через шкіру тісно імітують біологію скам'янілостей, зібраних в едіакарських океанах.
"Ми припускали, що їх здатність переносити низький рівень кисню буде погіршуватися при підвищенні температури. Це спостерігалося у більш складних тварин, таких як риби, лобстери і краби ", - сказав Том Боаг. Вчені не були впевнені, що більш холодні температури також вплинуть на терпимість тварин. Але дійсно, анемони потребували більшої кількості кисню, коли температура в експериментальному резервуарі відхилялася за межі їх зони комфорту.
Разом ці фактори змусили дослідників підозрювати, що, як і у анемонів, для життя едіакарців також потрібні стабільні температури, щоб найбільш ефективно використовувати обмежені запаси кисню в океані.
Притулок на глибині
Едіакарським тваринам було б важче використовувати невелику кількість кисню, присутнього в холодних глибоководних водах океану, ніж на більш теплих відмелях, тому що газ дифундує в тканині більш повільно в більш холодній морській воді. Тварини в холоді повинні витрачати більшу частину своєї енергії тільки для того, щоб перемістити насичену киснем морську воду через їхні тіла.
Але глибокий едіакарський океан компенсував нестачу температури стабільністю. На мілководді проходження Сонця і зміна часів року може призвести до різких коливань температури - до 10 градусів за Цельсієм в сучасному океані в порівнянні з сезонними коливаннями менше 1 градуса за Цельсієм на глибинах менше одного кілометра. «На мілководді температура змінюється набагато швидше, щодня і щорічно», - пояснили вчені.
У світі з низьким рівнем кисню тварини, нездатні регулювати власну температуру тіла, не могли б витримати середовище, яке так регулярно виходило за межі їх температури комфорту.
Вчені запропонували, щоб потреба в притулку від таких змін, можливо, визначила, де могли б розвиватися більші тварини. «Єдине місце, де температура була постійною - це глибокий океан», - кажуть дослідники. У світі обмеженого кисню нове еволюціонуюче життя має бути якомога ефективнішим, і така ефективність може бути досягнута тільки на відносно великих глибинах. «Ось чому там з'явилися тварини».