Μια νέα μελέτη δείχνει ότι τα πρώιμα ζώα της Γης μπορεί να επιβράδυναν ακούσια την άνοδο της βιοποικιλότητας. Σύμφωνα με ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, ο τρόπος με τον οποίο αυτοί οι αρχαίοι οργανισμοί αναπαρήγαγαν περιόριζε τον ανταγωνισμό και επέτρεψε στην εξέλιξη να προχωρήσει με εξαιρετικά αργό ρυθμό για εκατομμύρια χρόνια.
Αποτελέσματα, δημοσιευμένα Φύση Οικολογία και Εξέλιξηπροσφέρουν μια πιθανή λύση σε ένα μακροχρόνιο παλαιοντολογικό μυστήριο. Αν και τα ζώα εμφανίστηκαν για πρώτη φορά κατά την περίοδο του Ediacaran, η ποικιλομορφία τους παρέμεινε σχετικά περιορισμένη για ένα εκπληκτικά μεγάλο χρονικό διάστημα έως ότου μεταγενέστερες εξελικτικές καινοτομίες επέκτεισαν δραματικά τη ζωή στη Γη.
Το πρωταρχικό τεστ της ζωής
Μετά από δισεκατομμύρια χρόνια που κυριαρχούνταν από μικροσκοπικούς οργανισμούς, η περίοδος Ediacaran, η οποία διήρκεσε από περίπου 635 εκατομμύρια έως 539 εκατομμύρια χρόνια πριν, είδε την εμφάνιση των πρώτων ζώων. Μερικά από αυτά περιλαμβάνουν ζώα φρουκτοφάσοςΈφτασε σε ύψος έως και δύο μέτρα, αν και τα περισσότερα ήταν πολύ μικρότερα.
Αυτά τα πρώιμα ζώα έμοιαζαν πολύ διαφορετικά από οτιδήποτε ζωντανό σήμερα. Πολλά μοιάζουν με φτέρες περισσότερο από τα σύγχρονα ζώα και φαίνεται να στερούνται στόματος, άκρων και ικανότητας κίνησης. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι απορροφούν θρεπτικά συστατικά απευθείας από το περιβάλλον των ωκεανών.
Όπως πολλοί άλλοι οργανισμοί του Ediacaran, εξαφανίστηκαν από τα απολιθώματα στην αρχή της περιόδου της Κάμβριας, περίπου πριν από 540 εκατομμύρια χρόνια. Η εξαφάνισή τους έχει καταστήσει δύσκολο για τους ερευνητές να προσδιορίσουν εάν σχετίζονται με κάποιο ζώο που ζει σήμερα.
Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι πολλοί από αυτούς τους οργανισμούς αναπαράγονται ασεξουαλικά. Εξαπλώνονται παράγοντας γενετικά πανομοιότυπους απογόνους που συνδέονται με στόλωνα ή δρομείς, όπως τα σύγχρονα φυτά φράουλας. Στους πλούσιους σε θρεπτικά συστατικά ωκεανούς του Ediacaran, αυτή η στρατηγική λειτούργησε εξαιρετικά.
«Η ζωή ήταν πολύ καλή κατά τη διάρκεια του Ediacaran, επομένως η ανάγκη για σεξ ήταν μάλλον περιορισμένη», είπε η επικεφαλής συγγραφέας Δρ Έμιλι Μίτσελ, από το Τμήμα Ζωολογίας του Κέμπριτζ. «Υπήρχε σχετικά μικρός ανταγωνισμός, οπότε δεν υπήρχε πραγματική πίεση να αλλάξει κάτι».
Απολιθώματα, τεχνητή νοημοσύνη και αρχαία οικοσυστήματα
Για να διερευνήσουν γιατί επιβραδύνθηκε η εξέλιξη κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο Mitchell και ο συν-συγγραφέας καθηγητής Andrea Manica μελέτησαν απολιθώματα από το Mistaken Point στη Newfoundland, μια από τις πιο σημαντικές τοποθεσίες απολιθωμάτων Ediacaran στον κόσμο.
Οι ερευνητές συνδύασαν τη σάρωση με λέιζερ, τη χωρική ανάλυση και την τεχνητή νοημοσύνη για να κατανοήσουν πώς ήταν οργανωμένες αυτές οι αρχαίες κοινότητες και πώς θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν.
Ήταν οι πρώτοι που έδειξαν ότι η ασεξουαλική αναπαραγωγή μέσω δρομέων μειώνει τον ανταγωνισμό μεταξύ γειτονικών οργανισμών. Στη συνέχεια, η ομάδα δημιούργησε προσομοιώσεις υπολογιστή για να εξετάσει πώς οι πρώιμες ζωικές κοινότητες θα μπορούσαν να αναπτυχθούν κάτω από διαφορετικές στρατηγικές αναπαραγωγής.
Εκτελέστηκαν χιλιάδες προσομοιώσεις, ενώ ένα απλό νευρωνικό δίκτυο εντόπισε ποια σενάρια ταίριαζαν περισσότερο με τα απολιθώματα. Χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή ως προσεγγιστικός Μπεϋζιανός υπολογισμός, οι ερευνητές εργάστηκαν αντίστροφα από το αρχείο απολιθωμάτων για να εκτιμήσουν πόσο μακριά εξαπλώθηκαν οι οργανισμοί και πόσο έντονα ανταγωνίζονται για πόρους.
Γιατί ο ανταγωνισμός έχει σημασία
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η περιορισμένη διασπορά που προκαλείται από την ασεξουαλική αναπαραγωγή μπορεί να εξηγήσει γιατί τα πρώιμα ζωικά οικοσυστήματα περιείχαν σχετικά λίγα είδη. Αργότερα, όταν οι οργανισμοί άρχισαν να εξαπλώνονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις και να αναπαράγονται σεξουαλικά, η ποικιλομορφία αυξήθηκε δραματικά.
Ο ανταγωνισμός είναι εδώ και πολύ καιρό ένας από τους πιο σημαντικούς μοχλούς εξέλιξης. Ωστόσο, ο τρόπος ζωής πολλών οργανισμών του Ediacaran με βάση τους δρομείς μείωσε την ανάγκη για ανταγωνισμό.
«Αν είστε συνδεδεμένοι με τον γείτονά σας μέσω αυτών των δρομέων, μοιράζεστε θρεπτικά συστατικά και δεν χρειάζεται να ανταγωνίζεστε μαζί τους», είπε η Manica.
Καθώς η ζωή σταδιακά επεκτάθηκε από τα βαθιά νερά σε ρηχά θαλάσσια περιβάλλοντα, οι συνθήκες έγιναν πολύ πιο δύσκολες. Οι παλίρροιες, οι καταιγίδες, η αλλαγή της θερμοκρασίας και η μεταβολή της διαθεσιμότητας θρεπτικών ουσιών έχουν εισαγάγει νέες πιέσεις που έχουν κάνει την επιβίωση λιγότερο προβλέψιμη και αυξάνουν τον ανταγωνισμό για πόρους.
Το άγχος και η άνοδος της σεξουαλικής αναπαραγωγής
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτές οι σκληρές συνθήκες μπορεί να έχουν ενθαρρύνει μια στροφή προς τη σεξουαλική αναπαραγωγή.
«Αν βρίσκεσαι ξαφνικά σε ένα περιβάλλον όπου σκοτώνεσαι μερικές φορές το χρόνο, αλλάζει τα πάντα», είπε ο Μίτσελ. «Το άγχος οδηγεί ουσιαστικά στη σεξουαλική αναπαραγωγή και όταν συμβεί αυτό, μπορούμε να δούμε μια τεράστια αύξηση στην απόσταση διασποράς καθώς τα ζώα προσπαθούν να αποικίσουν νέες περιοχές λόγω του αυξημένου ανταγωνισμού».
Η διαφοροποίηση των ειδών επιταχύνθηκε καθώς τα πρώιμα ζώα προσαρμόστηκαν σε νέα ενδιαιτήματα και νέες αναπαραγωγικές στρατηγικές. Αυτή η περίοδος σηματοδότησε ένα δεύτερο μεγάλο κύμα της εξέλιξης του Ediacaran και βοήθησε να δημιουργηθεί το σκηνικό για την πιο δραματική εξελικτική επέκταση της περιόδου της Κάμβριας, όταν τα ζώα έγιναν κινητά και τα οικοσυστήματα έγιναν πιο περίπλοκα.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Συμβούλιο Έρευνας Φυσικού Περιβάλλοντος (NERC), μέρος της Έρευνας και Καινοτομίας του Ηνωμένου Βασιλείου (UKRI). Η Emily Mitchell είναι μέλος του Newnham College του Cambridge. Η Andrea Manica είναι Μέλος του Κολλεγίου Clare του Cambridge.
