Первые животные развивались медленно из-за отсутствия полового размножения
Новое исследование окаменелостей возрастом более 560 миллионов лет показало, что в эдиакарский период многие виды размножались бесполым путем. Это снижало уровень конкуренции и замедляло темпы эволюции.
Жизнь на древней Земле была совсем не такой, какой мы знаем её сегодня. В течение первых нескольких миллиардов лет она состояла исключительно из простых одноклеточных организмов: более сложная, многоклеточная жизнь появилась лишь несколько сотен миллионов лет назад, в эдиакарский период — от 635 до 541 миллиона лет назад. Даже тогда это были не те формы жизни, которые мы могли бы распознать. Первые животные больше напоминали крупных амеб или папоротники, чем современных существ — без рта, глаз, ног и плавников, они жили на дне океана, поглощая питательные вещества из воды.
Около 570 миллионов лет назад уже существовали колонии таких животных. Изучение их окаменелостей показало, что они жили и развивались медленно: темп появления новых видов был крайне низким, а на протяжении миллионов лет происходило очень мало изменений. Однако около 550 миллионов лет назад началась «вторая волна» эдиакарских животных, в которой темп видообразования был значительно выше. Через несколько миллионов лет после этого произошел кембрийский взрыв — внезапный расцвет жизни, приведший к значительному увеличению биологического разнообразия.
Что стало причиной того, что первые эдиакарские организмы развивались так медленно, и что ускорило их развитие? В новом исследовании ученые предполагают, что решающим фактором стал переход от бесполого размножения к половому.
Меньше конкуренции, меньше эволюции
Исследователи сосредоточились на богатом слое окаменелостей, найденном на острове Ньюфаундленд в Канаде, который датируется периодом от 574 до 560 миллионов лет назад. Животные, оставившие там свой след, размножались бесполым путем, выпуская отростки основного тела, которые превращались в новую особь. В отличие от некоторых современных организмов, эдиакарские животные оставались соединенными друг с другом.
Такая форма размножения ограничивала способность животных распространяться и достигать отдаленных мест. Даже если вид становился эффективным в фильтрации питательных веществ, он не мог легко расселиться в другие районы моря, где мог бы успешно конкурировать. Конкуренция между особями одного вида была ограничена, поскольку в каждой колонии большинство особей были соединены друг с другом.
«Если вы соединены со своими соседями с помощью отростков, то вы делитесь питательными веществами, и вам не нужно конкурировать», — объяснил Андреа Маника, старший исследователь, подписавший статью, в пресс-релизе.
Среда, в которой они жили, была довольно стабильной и не ставила перед древними животными много задач. Колонии время от времени погибали и заменялись другими, но исследователи подсчитали, что это происходило с низкой частотой — раз в десять-сто лет, а возможно, даже раз в тысячу лет. Давление естественного отбора было умеренным, поэтому не было стимулов для быстрых изменений.
Когда условия благоприятны, кому нужен секс?
Низкое давление отбора объясняет, как эти животные выживали долгое время без полового размножения. У бесполого способа есть преимущества: не нужно тратить время и ресурсы на поиск партнера или инвестировать в признаки для его привлечения, такие как яркая окраска.
Однако половое размножение критически важно в меняющихся условиях. Когда температура воды повышается или в район прибывает новый конкурент, вид, не способный быстро адаптироваться, вымирает. Такая адаптация требует генетической изменчивости, которая является «сырьем» эволюции. Половое размножение позволяет смешивать гены, увеличивая изменчивость популяции.
Эдиакарские животные, рассмотренные в исследовании, прекрасно обходились без секса, по всей видимости, потому что им редко приходилось сталкиваться с новыми условиями. «Жизнь была довольно комфортной в эдиакарский период, поэтому потребность в половом размножении была ограниченной», — подытожила Эмили Митчелл, возглавлявшая исследование. «Конкуренция была относительно небольшой, поэтому не было реального давления к изменениям».
Больше конкуренции, больше эволюции
Около 550 миллионов лет назад ситуация изменилась: «вторая волна» эдиакарских животных принесла с собой гораздо большее разнообразие видов. Исследователи изучили окаменелости того периода, в том числе из Белого моря на северо-западе России, и обнаружили, что среда стала менее комфортной. Море в этом районе было более мелким и уязвимым к таким нарушениям, как приливы, штормы или изменения температуры. Гибель колоний происходила не раз в сто лет, а два-три раза в год.
В такой ситуации у видов, перешедших к половому размножению, появилось преимущество. Половое размножение включало выброс в воду половых клеток или личинок, что позволяло потомкам, не соединенным с материнским телом, уноситься течением и заселять отдаленные места. Это привело к усилению конкуренции как между особями одного вида, так и между различными видами.
«Если вы внезапно оказываетесь в среде, которая убивает вас несколько раз в год, это меняет все», — объяснила Митчелл. «Давление отбора приводит к половому размножению, и когда это происходит, мы видим большой рост расстояния, на которое добираются животные, в попытке заселить новые районы из-за усиления конкуренции».
Так древняя жизнь эдиакарского периода выживала долгое время почти без изменений, пока не возникло давление среды. Проложил ли этот процесс путь к «кембрийскому взрыву» — резкому увеличению разнообразия видов, произошедшему несколько миллионов лет спустя? Ответ на этот вопрос потребует дальнейших исследований и новых находок окаменелостей.
