Særligt tidsskriftsnummer leder efter nye spor om det gamle liv

Hundredvis af millioner af år før var der en kylling eller et æg at diskutere, de første komplekse dyr udviklede sig parallelt med Jordens stigende iltniveauer.

Men hvad kom først - dyr eller ilt?

Det spørgsmål er det centrale tema i et særnummer af Emerging Emer in Life Sciences udgivet 28. september af Portland Press. Med titlen "Early Earth and the Rise of Complex Life, "udgaven blev redigeret af UC Riversides Timothy Lyons, en fremtrædende professor i biogeokemi, sammen med UCR-professor Mary Droser og postdoc-forsker Kimberly Lau, og Susannah Porter, en professor ved UC Santa Barbara. Flere af de 18 artikler, der indgår i samlingen, er forfattet eller medforfattet af UCR-forskere.

Mens geologiske og fossile optegnelser tyder på, at dannelsen af ​​komplekst liv og iltning af planeten skred frem hånd i hånd, detaljerne om den mulige årsag-virkning sammenhæng er stadig uklare og omdiskuterede. Har stigende iltniveauer i havene og atmosfæren drevet dannelsen af ​​komplekst liv? var de uafhængige, eller forårsagede den endelige fremkomst og spredning af komplekst liv i stedet en stigning i ilt?

"Mens disse spørgsmål forbliver stort set ubesvarede på nuværende tidspunkt, denne kuraterede samling tilbyder et opdateret kig på forholdet mellem tidlige organismer og deres miljøer gennem linsen af ​​en forskelligartet gruppe af videnskabsmænd, der bruger en række banebrydende metoder, " sagde Lyons.

Ilt begyndte at akkumulere i havene og atmosfæren for 2,3-2,4 milliarder år siden under den store oxidationsbegivenhed. For 1,8 milliarder år siden, iltniveauet var faldet til mellemniveauer, hvor de forblev stabile i endnu en milliard år – kaldet 'den kedelige milliard' af videnskabsmænd. For omkring 800 millioner år siden, niveauerne steg sandsynligvis igen, og de første dyr udviklede sig kort efter.

Et papir af Scott Evans, en kandidatstuderende i Drosers laboratorium, præsenterer beviser, der tyder på endnu en stigning i iltkatalyseret innovation i dyrelivet. Ved at studere fossile dyr fra mellem 550-560 millioner år siden, under den såkaldte Ediacaran-æra, Evans viste, at Jordens tidlige dyr, som var havlevende væsner, der "åndede" ved diffusion, udviklet sig til at blive større. Dette betød, at en mindre del af deres celler kom i kontakt med det omgivende vand i en periode med øget ilt og blev mindre igen under et forbigående fald.

"Dette forhold tyder på, at en stigning i iltniveauet kan have givet det miljø, der er nødvendigt for diversificeringen af ​​komplekse kropsplaner og energisk krævende økologier, " sagde Lyons.

Ikke alle i serien er enige om, at en stigning i ilt var nøglen til vores tidlige forfædres succes. Daniel Mills ved Syddansk Universitet advarer om, at forholdet mellem udviklingen af ​​komplekst liv og stigende iltning fortsat er åbent for spørgsmål. Måske, han foreslår, fremkomsten af ​​dyr kan have været baseret på "indre udviklingsmæssige begrænsninger, " betyder den tid, det tog for dyr med sofistikeret cellulært maskineri styret af kompleks genetik at udvikle sig uafhængigt af miljøændringer.

"Læserne vil ikke forlade denne samling med et klart enkelt svar, " sagde Lyons. "I stedet, vores mål var at give dem et opdateret billede af de vigtigste debatter om udvikling af tidligt komplekst liv og miljøændringer, den fulde kontekst, der ligger bag spørgsmålene og usikkerheden, og det arbejde, der er tilbage at gøre."