715 миллионов лет назад вся планета была заключена в снег и лед. Эта замороженная пустырь, возможно, была местом рождения сложных организмов.
Лед заставил Землю застопориться. Там, где когда-то волны плескались на тропический берег и теплые воды, изобилующие жизнью, был только свист ветра и холодного бесплодного ландшафта, покрытого льдом, насколько мог видеть глаз. Даже на экваторе - самом теплом месте на Земле - средняя температура была фригидной -20 ° C, что эквивалентно современной Антарктиде. Большая часть жизни была уничтожена, и существа, которые выжили, сгрудились в маленьких карманах открытой воды, где горячие источники продолжали пузыриться.
Это была «Снежная Земля» - глубокая заморозка, которая началась около 715 миллионов лет назад и удерживала Землю в ее ледяной хватке в течение добрых 120 миллионов лет. «На Земле нет других сопоставимых ледниковых периодов, которые были действительно катастрофическими.
Однако некоторые ученые теперь считают, что эта сокрушительная катастрофа повлекла за собой один из самых невероятных шагов в эволюции: развитие первых животных и драматический расцвет жизни, известный как взрыв Кембрия.
Трилобиты, подобные этим, сначала развивались во время кембрия.
Около 540 миллионов лет назад появилось множество экзотических существ. Они включали гигантских древовидных существ, известных как трилобиты, пятиглазый Opabinia и колючий похожий на слизню Wiwaxia. Внезапно Земля прыгнула от того, что ее доминировали одноклеточные бактерии, в мир, изобилующий экзотическими многоклеточными существами, все в геологическом моменте глаза.
Взрыв кембрия остается загадкой.
Для Чарльза Дарвина, пытаясь продемонстрировать свою теорию естественного отбора, этот неожиданный всплеск эволюции был серьезной проблемой. «Дело должно в настоящее время оставаться необъяснимым и действительно может быть призвано в качестве весомого аргумента против высказанных здесь мнений».
До сих пор кембрийский взрыв остается загадкой. Но, возможно, ледяная катастрофа в плане планеты могла бы объяснить это.
Когда Земля была замороженным снежком.
Доказательства для Земли Снежка впервые появились в начале 1990-х годов. Неожиданно геологи обнаружили свидетельства о ледниках, таких как камни, которые, несомненно, были перенесены на ледовые плоты, а затем сброшены - в тропиках. С тех пор растущий объем доказательств показал, что глобальная глубокая заморозка началась около 715 миллионов лет назад и продолжалась почти 120 миллионов лет.
Большинство ученых согласны с тем, что Снежок сформировался внезапно.
Точно, как далеко продвинулся лед, по-прежнему обсуждается. Некоторые утверждают, что вся Земля была покрыта льдом, всего лишь несколько небольших карманов открытой воды, где бурлили горячие источники. Другие считают, что река открытой воды осталась вокруг экватора Земли.
Независимо от того, как далеко простирался лед, большинство ученых согласны с тем, что Снежок сформировался внезапно. Вероятно, это было вызвано быстрым выветриванием континентов Земли, которые высасывали углекислый газ - парниковый парниковый газ - из атмосферы и приводили к падению температуры. Существовали два различных импульса экстремального оледенения, перемежающихся с 20-миллионным теплым периодом. Наконец, около 660 миллионов лет назад, земные вулканы пополнили атмосферный углекислый газ, достаточный для выведения климата из его замороженного состояния.
Так почему же на Земле этот период экстремальных холодов заставит жизнь так быстро переключать передачу? Может быть, скажут многие геологи, потому что он перекачивал в воздух много живительного кислорода.
Возможно, было несколько свободных от льда патчей.
Идея состоит в том, что лед дал толчок микроскопическим растениям, которые выделяли кислород в качестве отходов. Во время Снежка, ледники должны были носить огромное количество богатой фосфором пыли от подстилающих пород. Затем, когда лед отступил в конце снежного покрова, реки вымыли эту пыль в океаны, где она питала микробы.
«Высокие уровни фосфора приведут к увеличению биологической продуктивности и захоронению органического углерода в океане, что приведет к накоплению атмосферного кислорода». В 2010 году он обнаружил массивный всплеск уровней фосфора в отложениях со всего мира, как и заканчивается Снежный мир.
Некоторые животные могут выживать с гораздо меньшим количеством кислорода, чем считалось ранее.
Это было наводящим на размышления, но в 2014 году Планлавский нашел более прямые доказательства. Его команда оценивала уровни кислорода до Земли Снежки, изучая хром, который существует в разных состояниях в зависимости от количества кислорода в воздухе - в древних породах.
Планавский считает, что слишком мало для поддержки сложной животной жизни. «В современных условиях с низким содержанием кислорода существует меньшая сложность экосистемы и более ограниченный диапазон поведения животных». «Поэтому разумно ожидать, что подъем кислорода откроет путь для диверсификации животных и экосистем».
Но есть проблема с этой идеей. Эксперименты, опубликованные в 2014 году, показали, что некоторые животные могут выживать с гораздо меньшим количеством кислорода, чем считалось ранее. Губки, один из самых старых видов животных,нуждаются только а 0,5% современных уровней кислорода.Это говорит о том, что кислорода недостаточно для запуска.
Губки, возможно, были первыми сложными животными.
В последние годы появилась еще одна идея. Возможно, именно лед стал причиной эволюционного скачка. «Перед последними событиями оледенения снежного кота нет более сложных животных, чем губка, и, на мой взгляд, это не совпадение.
Snowball Earth, возможно, подтолкнула клетки животных к специализации.
Для Бойля настоящая головоломка - это не появление многоклеточных животных. Вместо этого, это рост клеточной дифференциации - клетки с определенными ролями, такими как печень, мышцы и кровь. Эти специализированные клетки позволили животным стать намного более сложными. «Что отличает животных от растений и грибов - это необратимая клеточная дифференциация, которая, например, позволяет животным иметь больше типов клеток.
Трудно понять, как это могло развиться, потому что специализированные клетки теряют способность воспроизводить самостоятельно. Вместо этого они должны быть отчетливо самоотверженными, сотрудничая с другими клетками в теле для большей пользы животного. Только специализированные репродуктивные клетки, сперма и яйца, могут создать новое поколение.
Напротив, растения не просто полагаются на специализированные половые клетки для размножения. Они также могут воспроизводить себя из черенков, взятых из их стеблей или корней. «Вы не можете вырезать животное». Он думает, что серьезность Снежки Земли может подтолкнуть клетки животных к отказу от этой гибкости и специализироваться.
Клетки должны работать вместе, чтобы сделать животных.
«В период снежки жизнь будет ограничена небольшими геотермальными отапливаемыми районами, а также будет происходить частые вымирания и крушения населения». Население, которое выживало, часто сводилось к горстке организмов.
Большинство геологов больше не покупают идею тяжелой Снежной Земли.
Биологи давно знают, что животные с большей вероятностью помогут близким родственникам, потому что, делая это, они могут принести пользу своим собственным генам, которые также будут относить родственники. Например, дикие животные, вероятно, будут использовать сироты, которые связаны с ними,но не сироты которые не связаны друг с другом. Бойл полагает, что Снежная Земля может заставить клетки вести себя альтруистично. «До этого момента стоимость животной клетки была слишком высокой.
Понятие Бойля противоречиво, а другие ученые скептически относятся к этому вопросу. «Идея взрыва Бойля о происхождении животных - это весело». «Но большинство геологов больше не покупают идею тяжелой Снежной Земли, поэтому изолированные пруды из рефугии с горячими источниками фактически не существовали бы».
Баттерфилд утверждает, что жизнь, вероятно, отступила в открытые воды тропиков во время снежки, но в остальном продолжалась как обычно.
Колыбель сложной жизни?
Это действительно помогло бы найти некоторые окончательные ископаемые, чтобы разрешить это. К сожалению, летопись окаменелостей очень неоднородна в таких древних скалах.Это может соответствовать любой гипотезе.
Генетика тоже не помогает. Ученые подсчитали, что, двигаясь назад через семейное древо животного и оценивая темпы генетических изменений, первые животные, вероятно, появились около 750 миллионов лет назад. Но эти оценки «молекулярных часов», как известно, ненадежны.
Не случайно, что эти прекурсоры животных появляются сразу после Snowball.
Тем не менее, недавние открытия намекают на то, что жизнь животных, возможно, начала закрепиться на Снежной Земле. В 2014 году обнаружили странные скопления окаменелостей в отдаленных районах Австралии и Намибии. В остатках древних рифов Уоллес нашел пузырьковые окаменелости до 3 см в поперечнике. Многие пузырьки, казалось, соединялись в сеть пальцевидных нитей.
«Эти окаменелости большие и сложные, но они не очень точно вписываются в любую из животных фил». Они датируются примерно 700 миллионов лет назад,вскоре после того, как Земля впервые стала Snowball.
Поэтому Уоллес и его коллеги полагают, что они, возможно, нашли прекурсоров для животных - очень ранних губчатых существ, которые жили в низкокипящих водах и представляли собой половину стадии между одноклеточными микробами и многоклеточными животными. И они считают, что это не случайно, что эти прекурсоры животных появляются сразу после первого крупного оледенения в Сноуболе.
Лед быстро переполнил планету.
«Интуитивно, вы можете подумать, что Snowball Earth будет препятствовать эволюции, и все же животные появятся вскоре после больших оледенений». «Кажется очевидным, что эти большие оледенения каким-то образом нарушили систему океанской атмосферы Земли, которая благоприятствовала развитию сложной жизни».
Бойл соглашается с тем, что такая примитивная животная жизнь, возможно, развивалась до конца Снежной Земли, но он утверждает, что это был не решающий шаг. Вместо этого ключевой порог заключается в том, что отдельные клетки отказываются от своей способности воспроизводить и вместо этого выполняют определенные роли внутри животного.
Баттерфилд подозревает, что у нас есть история назад.
До сих пор животные, более сложные, чем губки, со специализированными органами, которые выполняют разные рабочие места, были найдены только в скалах. Бойл предсказывает, что их никогда не найдут в старых породах, конечно, не в скалах, установленных перед Снегболом. «Если такие окаменелости обнаружены, моя гипотеза окажется неверной».
Butterfield соглашается, что такие древние окаменелости животных никогда не появятся, но это может быть просто потому, что они не сохранились. Теперь он подозревает, что Бойл, Планавский и Уоллес получили всю историю назад. Вместо льда, создающего сложных животных, он предполагает, что первые животные появились 750 миллионов лет назад и трансформировали планету, охлаждая климат. «Я думаю, что есть хороший случай для эволюции животных, фактически вызывающих оледенения».
Первые животные каким-то образом заморозили Землю?
«Животные обладают огромной способностью изменять физическую среду. Поэтому он думает, что первые животные расстроили тонкий баланс океанической химии, с детонационными эффектами для остальной части планеты.
Первые животные могли выбросить Землю в глубокую заморозку.
Животные могут, безусловно, иметь большое влияние на планету. Например, роющие животные, такие как черви, могут быстрее разрушать скалы. Полученная порошковая пыль реагирует с двуокисью углерода в воздухе, а полученные минералы смываются в океаны - удаляя углекислый газ из воздуха. Между тем, морские животные повышают уровень кислорода, потребляя остатки мертвых организмов, которые иначе потребляли бы кислород. Butterfield также думает, что животные, возможно, повлияли на эволюцию новых микроскопических растений, которые быстро падали, беря с собой углекислый газ.
Есть некоторые свидетельства того, что первые животные могли выбросить Землю в глубокую заморозку. В 2011 году смоделировали химические циклы в океане. Они обнаружили, что эволюция новых морских организмов могла бы помочь транспортировать больше углерода на дно океана и вызвать серьезные изменения климата.«Конечно, небезосновательно предположить, что эволюция животных инициировала оледенение».
Лед влияет на жизнь, а жизнь влияет на лед.
Прямо сейчас нет достаточной информации, чтобы решить, создали ли животные Снежную Землю, или Снежный Земной шар вызвали эволюцию животных. Но в любом случае эти два события связаны.
Будет ли наша планета горячей или холодной, это будет серьезная ухабистая поездка.
Они также являются отрезвляющим напоминанием о том, как быстро могут измениться условия на Земле. Наша планета была подходящей для нас уже тысячи лет, но нет оснований полагать, что она останется такой.
Прямо сейчас наш аппетит на ископаемые виды топлива быстро перегревается. Но большое воздействие астероидов, подобно тому, что было сделано для динозавров, могло бы вылить достаточное количество пыли, чтобы заблокировать солнечный свет и вызвать опасный холод. И поскольку сегодняшние океаны более холодны,чем во времена динозавров,вполне возможно, что океаны замерзнут, а Земля вернется в состояние снежного кота.
Будет ли наша планета горячей или холодной, это будет серьезная ухабистая поездка. Может быть, нам следует учиться у тех ранних животных клеток и научиться работать вместе.