Со времени появления жизни на Земле больший размер живых организмов возрос на 16 порядков. Рост данного показателя приурочен в основном к двум небольшим периодам: около 1,9 млрд лет назад (скоро после появления эукариотической клетки) и 0,6–0,45 млрд лет назад (скоро после появления многоклеточных животных). Оба периода примерно совпадают по времени с резким увеличением концентрации кислорода в атмосфере.
Исследование американских и германских палеонтологов, результаты которого расположены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, основано на анализе данных по наибольшим организмам, жившим в разные геологические эпохи. На базе литературных данных и многочисленных консультаций с специалистами — спецами по различным группам ископаемых — создатели составили сводную таблицу, в какой для каждого периода фанерозойского и протерозойского эонов, также для каждой эры архейского эона указаны наибольшие ископаемые организмы и их размеры. Раздельно собирались данные по прокариотам, одноклеточным эукариотам и водорослям, животным и растениям.
Собранные данные позволили выстроить график, показывающий динамику большего размера живых организмов во времени.
За время существования жизни на нашей планете (>3,5 млрд лет) объем тела наибольшего живого существа вырос по последней мере на 16 порядков, другими словами в 10 квадриллионов раз. Как выяснилось, рост этого показателя происходил очень неравномерно. За всю историю развития жизни было только два относительно маленьких периода, в течение которых больший размер организмов стремительно увеличивался. Суммарная продолжительность этих периодов не превосходит 20% от общего времени существования жизни.
В течение архейского эона жизнь на Земле была представлена только прокариотами (бактериями и археями), больший размер которых если и увеличивался, то очень незначительно. 1-ый скачок произошел в палеопротерозое, около 1,9 млрд лет назад, что примерно совпадает с предполагаемым временем появления эукариотической клетки. Наибольшим из известных на сей день организмов того времени является грипания (Grypania), которую большая часть экспертов считают эукариотической водорослью.
После этого рост большего размера организмов снова затормозился. 2-ой скачок произошел в конце неопротерозоя — начале палеозоя (600–450 млн лет назад) и был связан с появлением и быстрой диверсификацией многоклеточных животных.
Создатели отмечают, что оба скачка произошли скоро после резкого роста концентрации кислорода в атмосфере. По-видимому, рост размеров организмов ограничивается как аспектами среды (содержанием кислорода), так и строением (организацией) самих организмов. Как снималось или слабло 1-ое ограничение, эволюция быстро находила способ снять и 2-ое. Свободный кислород стал быстро накапливаться в атмосфере около 2,4 млрд лет назад, скоро после появления цианобактерий — прокариот, осуществляющих фотосинтез с выделением кислорода. Оксигенизация атмосферы сделала возможным появление и распространение одноклеточных эукариот, метаболизм которых основан на кислородном дыхании.
Эукариотические клетки благодаря более действующим механизмам копирования и редактирования генетической инфы могут позволить себе иметь геномы значительно большего размера, чем прокариоты, а это, в свою очередь, ведет к увеличению размера клетки. Эукариоты также обладают более совершенными системами регуляции работы генов, что позволяет клеткам получать различное строение при неизменном геноме (за счет включения и выключения отдельных генов). Эта способность является принципиальной предпосылкой для развития настоящей многоклеточности. Многоклеточные водоросли, такие как грипания, по-видимому, появились скоро после появления первых одноклеточных эукариот. А вот настоящие многоклеточные животные не могли показаться (или, по последней мере, стать достаточно разными и многочисленными) еще очень продолжительно — до тех пор, пока в конце протерозоя, после окончания самого сурового за всю историю нашей планеты оледенения, не вышло новое резкое увеличение концентрации свободного кислорода.
Непосредственно с многоклеточными животными связан 2-ой период резвого роста большего размера живых организмов. Пальма первенства перешла сначала к загадочным вендобионтам, таким как Dickinsonia, позже к кембрийским аномалокарисам и к еще более огромным ордовикским головоногим моллюскам — наутилоидеям.
После ордовикского периода рост снова затормозился. В логарифмических координатах даже мезозойские завроподы и современные голубий кит и большая секвойя только ненамного превосходят уровень, достигнутый в ордовике головоногими моллюсками. Крупнейшее живое существо всех времен — большая секвойя — по собственному объему превосходит ордовикских наутилоидей лишь на три порядка, тогда как грипания и другие довендские организмы мельче ордовикских наутилоидей на целых восемь порядков.
В заключение отметим, что больший размер организмов — не единственный количественный показатель в истории жизни на Земле, для которого был характерен скачкообразный (ступенчатый) рост. Например, в течение фанерозойского эона (последние 542 млн лет земной истории) ступенчато росли такие свойства, как отношение числа родов подвижных животных к неподвижным (прикрепленным), хищников к жертвам, также среднее видовое богатство (альфа-разнообразие) морских сообществ.
В этих скачках и ступенях ярко возникают многочисленные внешние и внутренние ограничения, сдерживающие прогрессивную эволюцию биосферы. Для того чтобы прорваться через еще одну преграду, эволюции время от времени требуются сотки миллионов лет. Когда в конце концов ограничение удается преодолеть, наступает новый период резвого развития.
Источник : Jonathan L. Payne,. Alison G. Boyer, James H. Brown, Seth Finnegan, Michaі Kowalewski, Richard A. Krause, Jr., S. Kathleen Lyons, Craig R. McClain, Daniel W. McShea, Philip M. Novack-Gottshall, Felisa A. Smith, Jennifer A. Stempien, Steve C. Wang. Two-phase increase in the maximum size of life over 3.5 billion years reflects biological innovation and environmental opportunity // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Published online before print December 23, 2008; doi: 10.1073/pnas.0806314106.
(Александр Марков elementy.ru)
Похожие статьи:
