Gyvūnai išsivystė, kai Žemė buvo sniego gniūžtė

Tokia buvo „Sniego gniūžtės Žemė“ – didysis atšalimas, prasidėjęs maždaug prieš 715 milijonų metų ir laikęs Žemę lediniuose gniaužtuose gerus 120 milijonų metų. „Kito panašaus apledėjimo periodo Žemės istorijoje nebūta. Šis išties buvo katastrofiškas,“ sako Graham Shields iš UCL Jungtinėje Karalystėje.

Tačiau kai kurie mokslininkai mano, kad ši žlugdanti katastrofa paskatino vieną iš neįtikimiausių evoliucijos žingsnių: pirmųjų gyvūnų išsivystymą, ir dramatišką gyvybės spurtą, vadinamąjį kambro sprogimą.

Maždaug prieš 540 milijonų metų, staiga atsirado daug egzotiškų sutvėrimų. Tarp jų buvo ir milžiniškus vėdarėlius primenantys trilobitai, penkiaakiai Opabinia, ir spygliuotoji šliužą primenanti Wiwaxia. Žemė ūmai iš vienaląsčių bakterijų valdomo prieglobsčio tapo pasauliu, knibždančiu egzotiškais daugialąsčiais padarais, ir visa tai įvyko per geologiniu požiūriu, akimirksnį.

Kambro sprogimas lieka mįsle

Charlesui Darwinui, besistengusiam pademonstruoti savo natūralios atrankos teoriją, šis staigus evoliucijos pliūpsnis buvo didelė problema. „Šis atvejas kol kas lieka nepaaiškinamas; ir išties gali būti pateikiamas kaip tinkamas argumentas prieš čion išdėstytą požiūrį,“ rašė jis savo On the Origin of Species 1859 m.

Kambro sprogimas iki šiol lieka mįsle. Bet gal ją galėtų padėti paaiškinti ledu planetą sukausčiusi katastrofa.

Duomenys apie „sniego gniūžtės“ Žemę pasirodė paskutiniojo praėjusio amžiaus dešimtmečio pradžioje. Geologai netikėtai aptiko ledynų pėdsakus – pavyzdžiui, akmenis, kurie aiškiai buvo pernešti lede ir paskui numesti – tropikuose. Nuo tol radosi vis daugiau duomenų, rodančių, kad pasaulinis užšalimas prasidėjo maždaug prieš 715 milijonų metų, ir truko bemaž 120 milijonų metų.

Dauguma mokslininkų sutaria, kad Sniego gniūžtė susiformavo staiga

Būtent kaip toli ledas nusitęsė, tebediskutuojama. Kai kas teigia, kad ledas kaustė visą Žemę, ir atviro vandens būta tik šalia karštųjų versmių. Kiti įsitikinę, kad atviro vandens juosta išliko Žemės ekvatoriuje.

Tačiau, kad ir kiek toli ledas driekėsi, dauguma mokslininkų sutinka, kad Gniūžtė susiformavo staiga. Tai veikiausiai nutiko dėl sparčiai suvešėjusios Žemės žemynų augmenijos, sunaudojusios atmosferos anglies dvideginį – planetą šildančias šiltnamio efektą sukeliančias dujas – ir taip sumažino temperatūrą. Buvo du atskiri ekstremalaus apledėjimo periodai, atskirti vieno 20 milijonų metų trukmės atšilimo. Galiausiai, maždaug prieš 660 milijonų metų, Žemės ugnikalniai į atmosferą anglies dvideginio išskyrė pakankamai, ir suledėjęs klimatas pasijudino.

O kaip, po galais, toks ekstremalaus šalčio periodas galėjo suteikti postūmį tokiai sparčiai gyvybės kaitai?! Gal, kaip sako daugelis geologų, pripumpavęs daug gyvybę teikiančio deguonies į orą.

Manoma, kad ledas paskatino mikroskopinių augalų augimą, kurių veiklos pašalinis produktas – deguonis. Gniūžtės metu ledynai nuo uolienų išgremžė daugybę fosforingų dulkių. Gniūžtės periodo pabaigoje ledynams traukiantis, upės tas dulkes nuplovė į vandenynus, kur jas suvartojo mikrobai.

„Aukštas fosforo lygis padidino biologinį produktyvumą ir ir organinės anglies palaidojimą vandenyne, dėl ko atmosferoje ėmė kauptis deguonis,“ sako Noah Planavsky iš Yale'o universiteto New Havene, Connecticute. 2010 metais jis nustatė didelį fosforo lygio pakilimą nuosėdose iš viso pasaulio, kaip tik baigiantis Sniego Gniūžtės periodui.

Kai kurie gyvūnai gali išgyventi daug mažesniame deguonies lygyje, nei manyta

Tai buvo įtikima nuoroda, tačiau 2014 m. Planavsky'is aptiko tiesioginių įrodymų. Jo komanda įvertino deguonies lygius prieš Sniego gniūžtės Žemę, senovinėse uolienose tyrinėdami chromą – kurio būsena priklauso nuo deguonies kiekio atmosferoje. Iki maždaug 800 milijonų metų nuo mūsų dienų, atmosferos deguonies lygis buvo šimtą kartų mažesnis už dabartinį.

Planavsky'is mano, kad tokio lygio smarkiai per mažai sudėtingų gyvūnų išgyvenimui. „Dabar aplinkose, kur trūksta deguonies, ekosistemos sudėtingumas būna ribotas, kaip ir gyvūnų elgesio modeliai,“ pažymi Planavsky'is. „Tad, manytina, kad deguonies lygio kilimas atvėrė kelią gyvūnų ir ekosistemos diversifikacijai.“

Tačiau ši idėja turi vieną problemą. 2014 metais publikuoti eksperimentai rodo, kad kai kurie gyvūnai gali išgyventi su daug mažiau deguonies, nei manyta. Pintims, vienai iš seniausių gyvūnų rūšių, tereikia 0,5% dabartinio deguonies lygio. Tai rodo, kad vien deguonis nebuvo pagrindinis faktorius.

Pastaraisiais metais ėmė stiprėti kita idėja. Galbūt evoliucinį šuolį sukėlė pats ledas, svarsto Richardas Boyle'as iš Pietų Danijos universiteto Odensėje. „Lig paskutiniojo Sniego Gniūžtės apledėjimo nebuvo sudėtingesnių gyvūnų už pintis, ir aš manau, tai nėra sutapimas,“ sako Boyle'as.

Sniego Gniūžtės Žemė galėjo versti gyvūnų ląsteles specializuotis

Boyle'ui tikroji mįslė yra ne daugialąsčių organizmų atsiradimas, o ląstelių diferenciacija – ląstelių, atliekančių tam tikras funkcijas, kaip kepenų, raumenų ir kraujo, išsivystymas. Šios specializuotos ląstelės. Dėl šių specializuotų ląstelių gyvūnai galėjo tapti daug sudėtingesni. „Gyvūnus nuo augalų ir grybų skiria ši negrįžtama ląstelių diferenciacija, dėl kurios gyvūnai turi daugiau ląstelių tipų,“ dėsto Boyle'as.

Neaišku, kaip tokia savybė galėjo išsivystyti, nes specializuotos ląstelės praranda gebėjimą daugintis pačios. Jos turi būti pasiaukojančios, veikti su kitomis kūno ląstelėmis, vardan gyvūno naudos. Naują kartą gali pradėti tik specializuotos reprodukcijos ląstelės, spermiai ir kiaušinėliai.

Tuo tarpu augalai dauginasi ne vien specializuotomis lytinėmis ląstelėmis. Jie gali atkuri save iš stiebo ar šaknies atlanko. „Iš gyvūno atlanko paimti nepavyktų,“ sako Boyle'as. Jis mano, kad atšiaurios SG Žemės sąlygos galėjo pastūmėti gyvūnų ląsteles atsisakyti lankstumo ir specializuotis.

„SG periodu gyvybė buvo apribota mažais geotermiškai šildomais plotais, patirdavo dažnus išmirimus ir populiacijos smukimus,“ sako Boyle'as. Išlikusias populiacijas neretai sudarydavo vos saujelė organizmų. Boyle mano, kad šios nedidukės išlikusių organizmų grupės dažnai būdavo artimai giminingos, o tai skatino jas kooperuotis labiau, nei paprastai.