CU Boulder 的一项新研究发现，数亿年前，小型单细胞生物可能已经进化成更大的多细胞生命形式，以更好地推动自己穿越冰水。
这项研究由古生物学家卡尔辛普森领导，今天发表在美国博物学家杂志上。它探讨了一个对地球历史至关重要的问题：地球上的生命从很小的时候开始是如何变得如此庞大的?
“一旦生物体变大，它们就具有明显的生态优势，因为围绕它们捕获食物的物理原理变得完全不同，”CU Boulder 地质科学系和 CU 自然历史博物馆助理教授 Simpson 说。“但对于研究人员来说，最困难的部分一直是解释他们最初是如何变大的。”
在他的最新研究中，辛普森利用一系列数学方程来论证这一非常重要的转变可能归结为流体动力学——或者说是对更有效的仰泳的追求。
大约 7.5 亿年前，由于科学家们仍在争论的原因，地球突然变得非常冷——一段被称为“雪球地球”的时期。为了适应这些寒冷的条件，这会使游泳变得更加困难，像细菌这样的小生物可能已经开始聚集在一起，形成更大、更复杂的生命。
在证明他的理论之前，辛普森还有很多工作要做。但是，这位地质学家说，这些结果可能有助于揭示所有现代多细胞生命的祖先，从花朵到大象，甚至人类，是如何首先出现在地球上的。
“通过一起游泳，这些细胞可以在个体水平上保持较小，但仍能产生更多能量，”辛普森说。“他们作为一个群体变得更大、更快。”
雪球地球
这些成功发生在地球过去一个看似荒凉的时期。
在“滚雪球地球”期间，地球可能几乎可以被认出。半英里或更厚的冰盖可能已经覆盖地球长达 7000 万年，而海洋中的温度骤降至华氏 32 度以下。
但即使在那些寒冷的条件下，惊人的事情发生了：由许多不同细胞组成的第一个有机体开始出现在地球周围，而不仅仅是一个。科学家们仍然不确定那些古老的多细胞生物可能是什么样子。一种理论认为它们类似于沃尔沃克斯，这是一种今天在海洋中很常见的藻类，形状像一个空心球体或雪球。
辛普森说：“这是我多年来一直在想的事情。”“雪球地球和多细胞生物的兴起是如何结合在一起的?”
这个违反直觉的问题的答案可能取决于水的一个鲜为人知的特性。
辛普森解释说，当盐水变冷时，它也会变得更浓或更粘稠。人类太大而无法注意到这种变化。但对于现代细菌大小的生物体来说，差异可能是巨大的。
“当你还小的时候，你就被困住了，”他说。“水动你。”
游泳
这位地质学家进行了一系列计算，以评估各种形状和大小的生物在雪球地球的海洋中的生存情况。而且，在这种情况下，越大越好。
辛普森说，现代细菌和其他单细胞生物使用两种不同的工具在水生环境中移动：纤毛——波浪状的头发状突起——和鞭毛——认为它们的“尾巴”精子细胞。他的结果显示，这两种工具在寒冷的海洋条件下都会非常缓慢。
相比之下，如果单个细胞联合起来制造更大的有机体，它们可以产生更多的游泳能力，同时保持每个细胞的低能量需求。
“多细胞策略的优势在于每个细胞都保持较小且代谢需求低，但这些细胞可以一起游动，”辛普森说。
他目前正在实验室中使用现代藻类实验并通过更深入地挖掘地球的化石记录来测试该理论。有一点很清楚，辛普森说：一旦生命形式变大，一个充满可能性的全新世界就会出现。例如，像海绵这样的原始动物不是通过漂浮在海洋中而是通过积极地将水泵入身体来生存的。
“当你长大了，你现在可以移动水而不是相反，”辛普森说。
