Почему эволюция застопорилась на миллионы лет, прежде чем внезапно возобновиться?

Новые исследования показывают, что самые ранние животные на Земле непреднамеренно замедлили темпы эволюции на миллионы лет. Ученые обнаружили, что их зависимость от бесполого размножения ограничивала конкуренцию и снижала необходимость адаптации, поддерживая низкий уровень биоразнообразия до тех пор, пока не появилось половое размножение, которое способствовало резкому ускорению эволюционных изменений.

Исследователи проанализировали окаменелости некоторых из древнейших известных животных, возраст которых составляет приблизительно 574 миллиона лет. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, предлагают возможное объяснение давней загадки: почему животная жизнь впервые появилась на Земле, а затем оставалась относительно неизменной в течение миллионов лет, прежде чем пережила резкое увеличение разнообразия.

Эдиакарский период, длившийся примерно от 635 до 539 миллионов лет назад, ознаменовал собой важный поворотный момент в истории жизни. После миллиардов лет, в течение которых доминировали микроорганизмы, начали появляться более крупные и сложные формы жизни.

Среди этих древних существ был Fractofusus — организм, который мог достигать 2 метров в высоту, хотя многие эдиакарские животные были гораздо меньше. Несмотря на то, что их считали животными, Fractofusus больше походили на растения или папоротники. Нет никаких доказательств того, что у них были рты, внутренние органы или способность двигаться — они поглощали питательные вещества непосредственно из морской воды.

Эти необычные организмы исчезли из палеонтологической летописи в начале кембрийского периода, около 540 миллионов лет назад, что затрудняет установление связи между ними и какой-либо современной группой животных.

Многие животные эдиакарского периода размножались бесполым путем —  выпуская столоны, или побеги, подобно современной землянике. В богатых питательными веществами океанах того времени эта стратегия работала на удивление хорошо. Конкуренция была относительно небольшой, поэтому не было реальной необходимости адаптироваться под условия. Если вы связаны со своим соседом благодаря этим побегам, то вы делитесь питательными веществами, и вам не нужно с ним конкурировать.

Чтобы выяснить, почему эволюция замедлилась в этот период, авторы исследования изучили ископаемые сообщества из Мистейкен-Пойнт в Ньюфаундленде — одного из важнейших в мире мест обнаружения ископаемых эдиакарского периода.

Ученые объединили лазерное сканирование, пространственный анализ и искусственный интеллект, чтобы изучить организацию древних сообществ. Они создали тысячи компьютерных симуляций, чтобы изучить, как могли развиваться ранние экосистемы животных при различных стратегиях размножения. Простая нейронная сеть определила, какие сценарии наиболее точно соответствуют закономерностям, обнаруженным в палеонтологической летописи. Используя метод приближенных байесовских вычислений, исследователи показали, что ограниченное распространение, вызванное бесполым размножением, может объяснить как малое количество видов, присутствующих в ранних сообществах животных, так и длительный период эволюционной стагнации.

Со временем условия начали меняться. По мере того, как жизнь распространялась из глубоких вод в мелководные морские среды, организмы сталкивались с новыми проблемами. Приливы, штормы, колебания температуры и изменение уровня питательных веществ создали более суровые условия. Они усилили конкуренцию и оказали большее давление на животных на ранних стадиях развития. Это привело к появлению полового размножения, — можно наблюдать резкое увеличение расстояний расселения, поскольку животные пытались колонизировать новые территории из-за усиления конкуренции. Эти изменения сопровождались резким увеличением биоразнообразия, создав то, что называют второй волной эдиакарской эволюции.

По мере того как ранние животные адаптировались к новым условиям окружающей среды и освоили новые репродуктивные стратегии, диверсификация ускорилась. Этот эволюционный импульс сохранялся и в кембрийский период, когда появление подвижных животных привело к еще более быстрым изменениям. Тогда и произошел так называемый кембрийский взрыв — резкое увеличение разнообразия многоклеточных организмов в самом начале кембрийского периода.