Think about um mundo onde o oxigênio você precisa de mudanças dramaticamente entre dia e noite.
Seu mundo muda de ser rico em oxigênio (oxic) durante o dia, então você tem energia para caçar comida, para livremente sem oxigênio (anóxico) à noite, o que diminui a velocidade.
Agora, think about os primeiros animais tentando sobreviver em um ambiente tão extremo. Essa foi a realidade para a vida animal em oceanos e mares, cerca de meio bilhão de anos atrás. Este também foi o momento em que a diversidade animal cresceu, no que é conhecido como o “Explosão cambriana”.
A nova pesquisa da minha equipe sugere que essas flutuações drásticas de oxigênio tiveram um papel essential nesse período dramático.
Durante décadas, os cientistas debateram o que desencadeou essa explosão evolutiva. Muitos cientistas apontaram alterações atmosféricas de longo prazo, onde os níveis de oxigênio crescentes supostamente impulsionaram uma variação no número de formas de vida animal.
Nos últimos dois anos, no entanto, a visão sobre o aumento do oxigênio atmosférico como um gatilho simples para a ascensão dos animais foi questionado.
Nosso novo estudar revela um fator diferente, muitas vezes esquecido. As mudanças diárias nos níveis de oxigênio no fundo do mar raso podem ter enfatizado os primeiros animais (os ancestrais de toda a vida animal hoje), empurrando -os a se adaptar de maneiras que alimentavam a diversificação.
Em vez de boas condições que impulsionam a mudança, argumentamos que condições adversas o desencadearam.
Utilizamos um modelo de computador que pode imitar as condições no fundo do mar iluminado pelo sol hoje. Esse modelo leva em consideração o que a vida pode produzir ou consumir, mas também como temperatura, luz photo voltaic e diferentes tipos de sedimentos ou água afetam as condições gerais.
Usando esse chamado “modelo biogeoquímico”, mostramos que em águas quentes e rasas, os níveis de oxigênio podem flutuar dramaticamente entre dia e noite no Cambriano (quando o oxigênio period geralmente menor do que hoje).
Durante o dia, a fotossíntese por algas marinhas produziu muito oxigênio, criando um ambiente totalmente oxigenado. Mas à noite, quando a fotossíntese parou porque não havia luz, o oxigênio foi rapidamente consumido pelas algas enquanto respiravam (usando energia e oxigênio para executar funções celulares), levando a condições anóxicas.
Esse ciclo diário de banquete e família na disponibilidade de oxigênio criou um intenso desafio fisiológico para os primeiros animais, forçando-os a desenvolver adaptações para lidar com flutuações nos nutrientes. Para aqueles que poderiam lidar com essas flutuações, a adaptação lhes deu uma vantagem competitiva.
Os ambientes de prateleira rasos e arenosos de praia em oceanos em todo o mundo também se expandiram dramaticamente no momento porque o super-continente-conhecido como Rodinia-se separou em pedaços menores.
Isso aumentou a circunferência complete da crosta continental, criando mais bordas continentais, onde o sol, os nutrientes e a vida podem interagir. Esses novos continentes também foram inundados, tão superficiais zonas de fundo do mar com iluminação photo voltaic expandida ainda mais.
Ambientes marinhos iluminados pelo sol tendem a ser o mais rico em nutrientes. As espécies que se adaptaram a lidar com as flutuações diárias de oxigênio poderiam acessar mais facilmente os nutrientes nesse vasto e raso habitat. As espécies tolerantes ao estresse ganhariam a corrida para a comida.
Como o estresse impulsiona a evolução
O estresse fisiológico é frequentemente visto como um obstáculo à sobrevivência. Mas pode ser um catalisador para a inovação evolutiva. Ainda hoje, as espécies que suportam ambientes extremos geralmente desenvolvem características especializadas que as tornam mais adaptáveis.
Nosso estudo sugere que um padrão semelhante ocorreu no Cambriano. Os animais evoluíram maneiras de lidar com o estresse dos níveis flutuantes de oxigênio no Smörgåsbord das prateleiras rasas do fundo do mar.
Uma adaptação importante poderia ter sido a capacidade de sentir com eficiência e Responda a flutuações de oxigênio.
Essa característica é regulada por um sistema de controle celular – uma through molecular que adapta como a célula responde a condições externas. O sistema de controle que pode ter surgido na explosão cambriano é conhecido como HIF-1α (fator 1 induzível por hipóxia).
Nos animais modernos, este sistema ajuda as células a detectar e se adaptar às mudanças nas condições de oxigênio, processos de controle como o metabolismo energético e a coordenação de As funções de uma célula.
No entanto, o HIF-1α oferece resistência a toxinas como sulfeto de hidrogênio, um subproduto comum de condições anóxicas.
Nossa modelagem sugere que animais com mecanismos avançados de detecção de oxigênio teriam uma vantagem de sobrevivência nas condições flutuantes do fundo do mar da Cambrian, permitindo que eles superem espécies sem essa capacidade.
De ambientes agressivos à diversidade animal
Hoje, hotspots de biodiversidade, como florestas tropicais e recifes de coral, prosperam sob condições de alta concorrência biológica e complexidade ecológica.
No entanto, em ambientes extremos, onde a sobrevivência depende de suportar condições físicas duras, em vez de competir com outras espécies, diferentes pressões evolutivas entram em jogo. Qualquer adaptação contra o estresse que levou ao aumento da sobrevivência também seria herdada com eficiência também.
A capacidade de lidar com essas mudanças rápidas pode ter permitido que certas linhagens de animais prosperassem sobre outras, levando ao surgimento de formas de vida mais complexas e adaptáveis.
Hoje, todos os animais com tecidos como os conhecemos (várias camadas de células) usam o HIF para manter a manutenção common ou o estado estacionário (conhecido como homeostase). Essa through molecular é basic para a construção de tecidos e os tecidos de cura.
Esses “botões de controle” nas células são sugeridos para serem essenciais para como a vida animal pode ser tão grande e velha como girafas, elefantes e humanos.
Esse novo modelo desafia as visões tradicionais que se concentram apenas nas mudanças geológicas em larga escala como os principais fatores da evolução animal.
Os desafios de escala native enfrentados por organismos individuais-como oscilações diárias sobreviventes entre condições ricas em oxigênio e com oxigênio-poderiam ter sido igualmente importantes para moldar o curso da evolução.
Emma HammarlundProfessor Associado, Geobiologia, Universidade de Lund
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