TLDR: Každodenní kolísání kyslíku na mělkém mořském dně během pozdního prekambria a raného paleozoika vytvořilo prostředí plné stresu – ale právě to mohlo pomoci nastartovat kambrickou explozi. Studie tuna.

Jak se vám v noci dýchá? Nemáte-li nějaký zdravotní problém, pak nejspíše stejně jako během dne – v historii Země tomu ale mnohdy bývalo jinak. Nejprve kyslík nebyl vůbec k mání, i po jeho příchodu & rozšíření se však jeho hladina dramaticky měnila mezi dnem a nocí…

Představte si, že během dne dýcháte „normálně“, ale za to v noci se hodnoty kyslíku blíží těm na velehorách. Zní to úmorně – ale i díky tomu mohl tento cyklus zřejmě nakopnout explozi života!

„Kdy se to mělo odehrávat?“

V extrémním cyklu vysokých a nízkých hodnot kyslíku se snažili přežít první živočichové v periodě známé jako kambrická exploze před 540 miliony let (plus mínus autobus). Když přivřeme oči, uši, další otvory, kambrickou explozí přicházejí první skuteční živočichové! A tak vědátoři po desetiletí diskutují o tom, co tento evoluční výbuch vyvolalo…

Různých podílníků může být vícero – jednou z těch, které mohly hrát první housle, jsou ale hodnoty kyslíku. O tom se mluví již delší čas, poslední dobou to však pro roli kyslíku vypadalo nemile – nyní však nová studie naznačila, že odpověď je složitější.

Kolísavé hodnoty kyslíku totiž dle autorů mohly způsobit stres raných a přimět je k adaptaci, která podpořila diverzifikaci…

„To zní logicky, v čem je háček?“

Typické vysvětlení vzniku kambrické exploze se obvykle soustřeďuje na vysvětlení toho, proč a jak mohly najednou začít panovat velmi dobré podmínky – v případě kyslíku tak víme, že „ho přibývalo“, což bylo zjevně dobře. Ale relativní přízně podmínek musely panovat i „vhodné stresory“. Apokalypsa by pro rozvoj života byla moc drsná – ale ráj by mohl být paradoxně také drsný, ač naopak…

Vědátoři k tomu sesmolili počítačový model, který dokáže napodobit podmínky na dnešním osluněném mořském dně. Mašina bere v úvahu jak to, co může život produkovat nebo spotřebovávat, ale také to, jak teplota, sluneční světlo a různé typy sedimentů nebo vody ovlivňují celkové podmínky.

Pomocí tohoto takzvaného „biogeochemického modelu“ ukázali, že v teplých a mělkých vodách mohla hladina kyslíku v kambriu dramaticky kolísat mezi dnem a nocí…

„Proč to tak kolísalo?“

Během dne mikrořasy fotosyntetizovaly a produkovaly kyslík  = život si oddychl. Ale v noci, když fotosyntéza ustala, začalo rychlé spotřebovávání kyslíku – což vedlo až k anoxii. To biočichy nutilo vyvíjet si adaptace pro zvládání kolísání živin. Těm, kteří se s těmito výkyvy dokázali vypořádat, poskytla adaptace konkurenční výhodu!

V této době se také dramaticky rozšířila mělká písčitá pobřežní prostředí v oceánech po celém světě, protože superkontinent – známý jako Rodinie – se rozpadl na menší části. Tím vzniklo spoustu mělkých moří – čímž se zase rozšířila tato stresová, ale zároveň výživná prostředí…

Namísto jednoduchého příběhu „víc kyslíku = víc života“ studie navrhuje, že kolísání kyslíku bylo tím, co donutilo rané mnohobuněčné organismy se adaptovat – a právě to mohlo rozjet diverzifikaci, kterou dnes známe jako kambrickou explozi.

„Jak jim stres mohl pomáhat, když nám škodí?“

Fyziologický stres je sice pro jednotlivce typicky problém, ale lze na něj také nahlížet jako na katalyzátor evolučních inovací. Jednou z klíčových adaptací tehdejších biočichů tak podle autorů mohla být schopnost účinně vnímat výkyvy kyslíku a reagovat na ně. Tuto vlastnost reguluje buněčná molekulární dráha HIF-1α!

Ta však nabízí jako bonus odolnost vůči toxinům, jako je sirovodík, běžný vedlejší produkt anoxických podmínek. Dnes všichni živočichové s tkáněmi, jak je známe (několik vrstev buněk), využívají HIF i k udržení pravidelného udržování nebo ustáleného stavu (tzv. homeostázy)! Mohlo jít o jednu konkrétní výhodu mezi mnoha dalšími, o které se v brutálním prostředí „soutěžilo“…

Jako vysvětlení vzniku kambrické exploze to je sice zjevně furt málo – spíše to ilustruje, proč během ní byla vyšší variabilita života než i dnes. Lopotění tehdejších tvorů přesto přispělo k dalšímu šíření života – a tak i k tomu, že dnes můžeme v noci i snáz dýchat!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]