为什么严酷的雪球地球启动了我们最早的多细胞祖先

黄俊琼

（a） 无运动扩散细胞。球形细胞吸收细胞表面的所有营养物质（C=0），导致化学资源（如葡萄糖）从远处向细胞扩散（C=C∞）。（b） 动力性choanoblastula。该生物是中空的，外径为a，以v的速度游动。该生物的运动性意味着它相对于猎物以弹道方式游动。资源集中假定为常数（C=C∞）。资料来源：英国皇家学会学报B：生物科学（2024）。DOI:10.1098/rspb.2023.2767

（）据圣达菲研究所：十亿年来，单细胞真核生物统治着这个星球。然后，大约7亿年前，在雪球地球——一个冰川可能延伸到赤道的地质时代——一种新的生物爆发了：多细胞生物。

多细胞性为什么会出现？解开这个谜团可能有助于查明其他星球上的生命，并解释当今地球上从海绵到红木再到人类社会的巨大多样性和复杂性。

普遍的观点认为，单细胞形成多细胞集落必须达到一定的氧气水平。但氧气的故事并不能完全解释为什么动物、植物和真菌的多细胞祖先同时出现，以及为什么向多细胞生物的转变需要超过10亿年。

《英国皇家学会学报B》上的一篇新论文展示了雪球地球的特定物理条件——尤其是海洋粘度和资源匮乏——是如何驱使真核生物转向多细胞的。

该论文的通讯作者、麻省理工学院博士生、前SFI本科生复杂性研究员William Crockett表示：“这些非常恶劣的条件，这个冰冻的星球，实际上可能会选择更大、更复杂的生物，而不是导致物种灭绝或体型缩小，这似乎几乎违反直觉。”。

利用缩放理论，作者发现，一个假设的早期动物祖先（让人想起以猎物为食而非光合作用的游动藻类）在雪球地球的压力下会膨胀其大小和复杂性。相比之下，像细菌一样通过扩散运动和进食的单细胞生物会生长得更小。

资深作者、SFI教授Christopher Kemps表示：“雪球地球之后的世界就不一样了，因为这个星球上有一种新的生命形式。进化的核心问题之一是，你如何从一个星球上的一无所有变成像我们这样的东西，变成社会？所有这些都是意外吗？我们认为这不是运气：有办法预测这些重大转变。”。

这项研究表明，在雪球地球期间，结冰的海洋会阻挡阳光，减少光合作用，从而排出海洋中的营养物质。处理更多水的较大生物体更有机会吃到足够的水来生存。一旦冰川融化，这些较大的生物可能会进一步扩张。

该模型反映了最新的古生物学研究，建立在另外两位合著者的基础上，他们是前SFI Omidyar博士后研究员Jack Shaw和科罗拉多大学博尔德分校的科学家Carl Simpson。

克罗基特说：“我们的研究为化石记录中寻找祖先生物特征提供了假设。”。

该论文还提出了研究物理效应对生物体生理学的新工具，这对未来的研究是一个福音。

肯普斯说：“我们为人们在实验室中解释地球的过去、理解现代生态学和研究生物体生理学提供了一个有用的框架。”。