Jak wynika z nowej analizy Virginia Tech, starożytne gatunki mogły ewoluować wolniej i przetrwać dłużej, ale tempo ewolucji przyspieszyło po globalnych epokach lodowcowych. Badanie, opublikowane w czasopiśmie Science, przedstawia powstanie i upadek życia starożytnego, wielokrotnie starszego od dinozaurów.
Jeśli cały świat jest sceną, a wszystkie gatunki jedynie graczami, to ich wyjścia i wejścia można znaleźć w zapisie rockowym.
Skamieniałe szkielety i muszle wyraźnie pokazują, jak przebiegała ewolucja i wymieranie w ciągu ostatnich pół miliarda lat, ale nowa analiza Virginia Tech rozciąga wykres życia na prawie 2 miliardy lat temu.
Wykres pokazuje względne wzrosty i spadki liczebności gatunków, informując naukowców o pochodzeniu, zróżnicowaniu i wyginięciu starożytnego życia.
Dzięki tym nowym badaniom mapa życia obejmuje obecnie formy życia z eonu proterozoicznego, od 2500 do 539 milionów lat temu. Życie proterozoiczne było na ogół mniejsze i bardziej gąbczaste – jak gąbki morskie, które nie rozwinęły mineralnych szkieletów – i przede wszystkim pozostawiło mniej śladów do skamieniałości.
Geobiolog z Virginia Tech, Shuhai Xiao i jego współpracownicy, opublikowali analizę wysokiej rozdzielczości globalnej różnorodności życia proterozoicznego opartą na globalnej kompilacji danych kopalnych, która została opublikowana 20 grudnia w czasopiśmie Science.
Xiao i jego zespół szczegółowo przyjrzeli się zapisom starożytnych eukariontów morskich – organizmów, których komórki zawierają jądro. Wczesne eukarionty ewoluowały później w organizmy wielokomórkowe, którym przypisuje się zapoczątkowanie zupełnie nowej ery życia na Ziemi, w tym zwierząt, roślin i grzybów.
„To jak dotąd najbardziej wszechstronna i aktualna analiza tego okresu” – powiedział Xiao, który niedawno został przyjęty do Narodowej Akademii Nauk. „A co ważniejsze, zastosowaliśmy program do korelacji graficznej, który pozwolił nam osiągnąć większą rozdzielczość czasową”.
Choreografia gatunków oferuje krytyczny wgląd w równoległe ścieżki ewolucji życia i Ziemi.
Zaobserwowane wzorce i spostrzeżenia zasugerowane w wyniku analizy:
Pierwsze eukarionty pojawiły się nie później niż 1,8 miliarda lat temu i stopniowo ewoluowały do stabilnego poziomu różnorodności od około 1450 milionów do 720 milionów lat temu, okresu trafnie zwanego „nudnym miliardem”, kiedy tempo wymiany gatunków było wyjątkowo niskie. Gatunki eukariotyczne z „nudnego miliarda” mogły ewoluować wolniej i przetrwać dłużej niż te, które pojawiły się później. Następnie kataklizm: Ziemia w kształcie kuli śnieżnej, spirala gwałtownie spadających temperatur, co najmniej dwukrotnie zamknęła planetę w lodzie w okresie od 720 do 635 milionów lat temu. Kiedy lód w końcu się roztopił, aktywność ewolucyjna nabrała tempa i sprawy nie były już takie nudne.
„Epoki lodowcowe były głównym czynnikiem, który zresetował ścieżkę ewolucji pod względem różnorodności i dynamiki” – powiedział Xiao. „Bezpośrednio po zlodowaceniu obserwujemy szybką wymianę gatunków eukariotycznych. To ważne odkrycie”.
Wzorce, powiedział Xiao, rodzą wiele interesujących pytań, w tym:
Dlaczego ewolucja eukariotów była powolna w okresie „nudnego miliarda”? Jakie czynniki przyczyniły się do zwiększonego tempa ewolucji po epokach lodowcowych kuli śnieżnej? Czy były to czynniki środowiskowe, takie jak zmiany klimatyczne i wzrost poziomu tlenu w atmosferze? Czy był to ewolucyjny wyścig zbrojeń pomiędzy różnymi organizmami, który mógł spowodować szybką ewolucję stworzeń?
Przyszli naukowcy będą mogli wykorzystać ilościowy wzór, aby odpowiedzieć na te pytania i lepiej zrozumieć złożone wzajemne oddziaływanie życia na Ziemi i samej Ziemi.
Współpracownicy badania to:
Qing Tang, pierwsza autorka, była studentka i badaczka ze stopniem doktora, obecnie na Uniwersytecie w Nanjing, a także byli doktoranci Drew Muscente, obecnie w Princeton Consultants, i Natalia Bykova, obecnie na Uniwersytecie Missouri, która pracowała w laboratorium Xiao w ostatnia dekada Naukowcy z Uniwersytetu w Hongkongu; Uniwersytet Kalifornijski w Santa Barbara; Konsultanci z Princeton; Uniwersytet Missouri; Rosyjska Akademia Nauk; Uniwersytet Kalifornijski w Riverside; Chińska Akademia Nauk; i Northwest University (Chiny)