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 Grahamas Shieldsas 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.
Staiga, maždaug prieš 540 milijonų metų, 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 – mįslė
Charlesui Darwinui, besistengusiam pademonstruoti savo natūralios atrankos teoriją, šis staigus evoliucijos pliūpsnis buvo didelė problema. „Šis atvejis kol kas lieka nepaaiškinamas ir išties gali būti pateikiamas kaip tinkamas argumentas prieš čia išdėstytą požiūrį“, – rašė jis savo „Rūšių kilmėje“ 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.
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.
Tačiau kaip 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 organinės anglies palaidojimą vandenyne, dėl to atmosferoje ėmė kauptis deguonis“, – sako Noah Planavsky iš Jeilio universiteto. 2010 metais jis nustatė didelį fosforo lygio pakilimą nuosėdose iš viso pasaulio, kaip tik baigiantis Sniego Gniūžtės periodui.
Tai buvo įtikima nuoroda, tačiau 2014 m. N.Planavsky 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.
N.Planavsky 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 N.Planavsky. – 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 proc. 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 R.Boyle'as.
Jam tikroji mįslė yra ne daugialąsčių organizmų atsiradimas, o ląstelių diferenciacija – ląstelių, atliekančių tam tikras funkcijas, kaip kepenų, raumenų ir kraujo, išsivystymas. 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 R.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. 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 R.Boyle'as. Jis mano, kad atšiaurios sąlygos Žemėje galėjo pastūmėti gyvūnų ląsteles atsisakyti lankstumo ir specializuotis.
„Sniego Gniūžtės periodu gyvybė buvo apribota mažais geotermiškai šildomais plotais, patirdavo dažnus išmirimus ir populiacijos smukimus“, – sako R.Boyle'as. Išlikusias populiacijas neretai sudarydavo vos saujelė organizmų. R.Boyle'as mano, kad šios nedidukės išlikusių organizmų grupės dažnai būdavo artimai giminingos, o tai skatino jas kooperuotis labiau, nei paprastai.
Biologai seniai žino, kad gyvūnai labiau linkę padėti artimiems giminaičiams, kadangi taip elgdamiesi jie padeda savo pačių genams, kuriuos tas giminaitis irgi turi. Pavyzdžiui, laukiniai gyvūnai linkę priglobti sau giminingus našlaičius, bet negiminingus našlaičius atstumia. R.Boyle'as mano, kad Sniego Gniūžtės Žemė galėjo priversti ląsteles elgtis altruistiškai. „Iki tol buvimo gyvūnine ląstele kaina buvo per aukšta“, – sako jis.
R.Boyle'o požiūris yra kontroversiškas ir kiti mokslininkai nusiteikę skeptiškai. „R.Boyle'o ištirpusių properšų gyvūnų kilmės idėja smagi, – sako paleontologas Nickas Butterfieldas iš Kembridžo universiteto. – Tačiau dauguma geologų nebepalaiko visiškos „Sniego gniūžtės“ Žemės idėjos, tad labai gali būti, kad izoliuoti karštų versmių pabėgėlių tvenkiniai iš viso neegzistavo.“
N.Butterfieldo teigimu, gyvybė veikiausiai pasitraukė į atvirus tropikų vandenis, bet visa kita vyko įprastai.
Šį galvosūkį išspręsti labai padėtų aiškios fosilijos. Deja, tokios tolimos senovės fosilijų uolienose itin retai pasitaiko. Kol kas, seniausioms užtikrintai sudėtingų gyvūnų fosilijoms – maždaug 560 milijonų metų. Tai galėtų remti kitą hipotezę.
Genetikai irgi nelabai gali padėti. Sekdami gyvūnų giminės medį ir vertindami genetinių pokyčių tempą, mokslininkai apskaičiavo, kad pirmieji gyvūnai veikiausiai atsirado maždaug prieš 750 milijonų metų. Bet šių „molekulinių laikrodžių“ rodmenys garsėja savo netikslumu.
Supranta atvirkščiai?
Kaip bebūtų, nauji atradimai rodo, kad gyvūnai galėjo rastis ir įsitvirtinti Sniego Gniūžtės Žemėje. 2014 metais Malcolmas Wallace'as iš Melburno universiteto Australijoje aptiko keistas fosilijų sankaupas nuošaliuose Australijos ir Namibijos regionuose. Senovinio rifo liekanose jis aptiko burbulo pavidalo, 3 cm skersmens fosilijas. Daug burbulų atrodė susijungę į pirštus primenančias gijas.
„Šios fosilijos didelės ir sudėtingos, tačiau nevisai priskirtinos gyvūnų tipui“, – pažymi M.Wallace'as. Jų amžius – maždaug 700 milijonų metų, netrukus po to, kai Žemė pirmą kartą tapo Sniego Gniūžte.
Taigi M.Wallace'as su kolegomis mano, kad jie gali būti radę gyvūnų pirmtakus – pačius ankstyviausius pintis primenančius sutvėrimus, gyvenusius mažai deguonies turinčiame vandenyje ir kurie yra tarpinė vystymosi stadija tarp vienaląsčių mikrobų ir daugialąsčių gyvūnų. Jie mano, kad gyvūnų pirmtakų pasirodymas iškart po pirmojo Sniego Gniūžtės apledėjimo nėra sutapimas.
„Intuicija gali kuždėti, kad Sniego Gniūžtės Žemė evoliucijai trukdė, tačiau gyvūnai pasirodė netrukus po didžiųjų apledėjimų, – pažymi M.Wallace'as. – Atrodo, šie didieji apledėjimai Žemės vandenynų ir žemynų sistemą pakeitė taip, kad susidarė palankios sąlygos išsivystyti sudėtingai gyvybei.“
R.Boyle'as sutinka, kad tokia primityvi gyvūninė gyvybė galėjo išsivystyti prieš baigiantis Sniego Gniūžtės Žemei, bet tvirtina, kad tai nebuvo svarbiausias žingsnis. Pasak jo, pagrindinis lūžis įvyko, kai atskiros ląstelės atsisakė savo gebėjimo daugintis, ir vietoje to ėmėsi specifinės veiklos gyvūnuose.
Kol kas sudėtingesni už pintis organizmai, su specializuotais organais, atliekančias specializuotas funkcijas, rasti tik uolienose, susidariusiose po Sniego Gniūžtės. R.Boyle'as spėja, kad senesnėse uolienose jų nebus rasta, bet jau tikrai ne uolienose, susidariusiose prieš Sniego Gniūžtę. „Jei tokios fosilijos bus rastos, tai įrodys, kad mano hipotezė klaidinga“, – sako jis.
N.Butterfieldas sutinka, kad tokių senovinių gyvūnų fosilijų gali būti nerasta, bet taip gali nutikti paprasčiausiai dėl to, kad jos nebuvo išsaugotos. Jis spėja, kad R.Boyle'as, N.Planavsky'is ir M.Wallace'as visą istoriją suprato atvirkščiai. Jis kelia idėją, kad ne ledas sukūrė sudėtingus gyvūnus, o pirmieji gyvūnai, pasirodę prieš 750 milijonų metų ir transformavo planetą, atšaldydami klimatą. „Manau, visai gali būti, kad iš tiesų gyvūnų evoliucija sukėlė apledėjimus“, – sako N.Butterfieldas.
„Gyvūnai gali labai smarkiai pakeisti fizinę aplinką,“ sako N.Butterfieldas. Tad, jis spėja, kad pirmieji gyvūnai galėjo sutrikdyti jautrų vandenynų chemijos balansą, kas atsiliepė visai planetai.
Žemę užšaldyti galėjo pirmieji gyvūnai
Be abejo, gyvūnai gali daryti didžiulę įtaką planetai. Pavyzdžiui, žemrausiai gyvūnai, kaip, tarkime, kirminai gali paspartinti uolienų eroziją. Susidariusios uolienų dulkės reaguoja su ore esančiu anglies dvideginiu, ir susidarę mineralai nuplaunami į vandenynus – taip anglies dvideginis pašalinamas iš oro. Tuo tarpu jūrų gyvūnai didina deguonies lygį, suvartodami žuvusius organizmus, kurie irdami galėtų deguonį sunaudoti. Dar N.Butterfieldas mano, kad gyvūnai galėjo paskatinti evoliuciją naujų mikroskopinių augalų, kurie greičiau nugrimzta, nusinešdami su savimi anglies dioksidą.
Esama duomenų, rodančių, kad pirmieji gyvūnai galėjo užšaldyti Žemę. 2011 metais, Elis Tzipermanas iš Harvardo universiteto su kolegomis sumodeliavo vandenyno cheminius ciklus. Jie išsiaiškino, kad naujų jūros organizmų evoliucija galėjo prisidėti prie didesnio anglies kiekio transportavimo į vandenyno dugną ir sukelti ryškų klimato pasikeitimą. „Teiginys, kad gyvūnų evoliucija sukėlė apledėjimą, tikrai nėra nepagrįstas“, – pažymi N.Butterfieldas.
Ledas veikia gyvybę, o gyvybė – ledą
Kol kas nepakanka informacijos, kad būtų galima vienareikšmiškai nuspręsti, ar Sniego Gniūžtės Žemę sukėlė gyvūnai, ar Sniego Gniūžtės Žemė paskatino gyvūnų evoliuciją. Kaip bebūtų, šie du įvykiai susiję.
Tai yra ir prablaivantis priminimas, kaip sparčiai gali kisti sąlygos Žemėje. Mūsų planeta buvo tinkama mums tūkstančius metų, tačiau nėra priežasčių manyti, kad taip bus visados.
Dabar iškastinio kuro alkis pavojingai sparčiai aplinką kaitina. Bet didelis asteroidas, kaip kad užbaigęs dinozaurų erą, išsviestų pakankamai dulkių ir sukeltų smarkų atšalimą. O kadangi dabar vandenynai vėsesni nei dinozaurų laikais, gali būti, kad jie užšaltų ir Žemė vėl sugrįžtų į Sniego Gniūžtės būseną.
Kais mūsų planeta ar šals, tai nebus kelionė iš maloniųjų. Gal turėtume pasimokyti iš ankstyvųjų gyvūnų ląstelių, ir išmokti darbuotis drauge.
Parengta pagal BBC inf.
