Как суточные колебания кислорода сформировали раннюю животную жизнь
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, предполагает, что резкие суточные колебания уровня кислорода на мелководье сыграли ключевую роль в эволюционном взрыве разнообразия животных в кембрийский период, около полумиллиарда лет назад.
Суровая реальность кембрийского мелководья
- Используя биогеохимическую компьютерную модель, ученые показали, что в теплых, мелких водах кембрия уровень кислорода мог резко колебаться между днем и ночью.
- Днем фотосинтез морских водорослей создавал насыщенную кислородом (оксическую) среду.
- Ночью, когда фотосинтез прекращался, водоросли активно дышали, быстро потребляя кислород и создавая бескислородные (аноксические) условия.
- Этот ежедневный цикл «пир и голод» по кислороду создавал серьезный физиологический стресс для ранних животных.
Стресс как двигатель эволюции
Исследование утверждает, что именно эти суровые, колеблющиеся условия, а не стабильно хорошая среда, подтолкнули животных к адаптации и диверсификации.
- Ключевой адаптацией могла стать эффективная система чувствительности и реакции на колебания кислорода, регулируемая молекулярным путем HIF-1α (гипоксия-индуцируемый фактор 1).
- Этот путь не только помогает клеткам адаптироваться к изменениям кислорода, но и обеспечивает устойчивость к токсинам, таким как сероводород, который образуется в аноксических условиях.
- Животные с развитыми механизмами кислородного sensing получили преимущество для выживания и конкуренции на обширных мелководных шельфах, которые расширились в тот период из-за распада суперконтинента Родиния.
От адаптации к сложности
Способность справляться с быстрыми изменениями позволила некоторым линиям животных процветать и дала начало более сложным формам жизни.
- Сегодня все животные с тканями используют путь HIF для поддержания гомеостаза — он критически важен для построения и восстановления тканей.
- Эта модель бросает вызов традиционным взглядам, фокусирующимся только на крупномасштабных геологических изменениях как драйверах эволюции, и подчеркивает важность локальных, суточных стрессов, с которыми сталкивались отдельные организмы.