การวิจัยนำโดยนักบรรพชีวินวิทยา Carl Simpson และปรากฏในวารสารThe American Naturalist ในวันนี้ มันเน้นไปที่คำถามที่เป็นศูนย์กลางของประวัติศาสตร์ของโลก: สิ่งมีชีวิตบนโลกซึ่งเริ่มต้นจากสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ นั้นใหญ่โตได้อย่างไร

ซิมป์สัน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาธรณีวิทยาแห่ง CU Boulder และพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ CU Museum of Natural History กล่าวว่า "เมื่อสิ่งมีชีวิตมีขนาดใหญ่ขึ้น พวกมันก็มีข้อได้เปรียบทางนิเวศวิทยาอย่างชัดเจน เพราะฟิสิกส์เกี่ยวกับการจับอาหารของพวกมันจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง "แต่ส่วนที่ยากสำหรับนักวิจัยคือการอธิบายว่าพวกเขาใหญ่ขึ้นได้อย่างไรตั้งแต่แรก"

ในการศึกษาล่าสุดของเขา ซิมป์สันใช้สมการทางคณิตศาสตร์หลายชุดเพื่อยืนยันว่าการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญทั้งหมดนี้อาจเกิดจากอุทกพลศาสตร์ หรือการไล่กรรเชียงอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

เมื่อประมาณ 750 ล้านปีก่อน และด้วยเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงกันอยู่ ดาวเคราะห์ดวงนี้กลับเย็นลงอย่างกะทันหันและเย็นลงอย่างมาก ช่วงเวลาหนึ่งที่เรียกว่า "สโนว์บอลโลก" เพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพที่เยือกเย็นเหล่านี้ ซึ่งจะทำให้การว่ายน้ำยากขึ้น สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น แบคทีเรีย อาจเริ่มรวมตัวกันเพื่อสร้างชีวิตที่ใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น

ซิมป์สันยังมีงานอีกมากที่ต้องทำก่อนที่เขาจะสามารถพิสูจน์ทฤษฎีของเขาได้ แต่นักธรณีวิทยากล่าวว่า ผลที่ได้สามารถช่วยเผยให้เห็นว่าบรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์สมัยใหม่ทั้งหมด ตั้งแต่ดอกไม้ ช้าง และแม้แต่มนุษย์ เกิดขึ้นครั้งแรกบนโลกได้อย่างไร

"การว่ายน้ำร่วมกัน เซลล์เหล่านี้อาจมีขนาดเล็กในระดับบุคคล แต่ยังคงผลิตพลังงานได้มากกว่า" ซิมป์สันกล่าว "พวกเขาทั้งกลุ่มใหญ่ขึ้นและเร็วขึ้น"

สโนว์บอลเอิร์ธ

ความสำเร็จเหล่านั้นเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ดูเหมือนไม่เอื้ออำนวยในอดีตของโลก

ระหว่าง "สโนว์บอลเอิร์ธ" โลกอาจเป็นที่รู้จักไปหมดแล้ว แผ่นน้ำแข็งหนาครึ่งไมล์หรือมากกว่านั้นอาจปกคลุมโลกมาเป็นเวลาถึง 70 ล้านปี ในขณะที่อุณหภูมิในมหาสมุทรลดลงเหลือน้อยกว่า 32 องศาฟาเรนไฮต์

แต่แม้ท่ามกลางสภาพอากาศที่เยือกเย็นเหล่านั้น บางสิ่งที่น่าตื่นเต้นก็เกิดขึ้น: สิ่งมีชีวิตชนิดแรกประกอบด้วยเซลล์ต่างๆ มากมาย ไม่ใช่แค่เซลล์เดียว เริ่มปรากฏขึ้นรอบโลก นักวิทยาศาสตร์ยังไม่แน่ใจว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ในสมัยโบราณเหล่านั้นจะมีหน้าตาเป็นอย่างไร ทฤษฎีหนึ่งชี้ให้เห็นว่าพวกมันคล้ายกับ Volvox ซึ่งเป็นสาหร่ายชนิดหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในมหาสมุทรในปัจจุบันและมีรูปร่างเหมือนทรงกลมกลวงหรือลูกโลกหิมะ

“นั่นคือสิ่งที่ติดอยู่ในใจฉันมานานหลายปี” ซิมป์สันกล่าว "สโนว์บอลเอิร์ธและการเพิ่มขึ้นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์รวมกันได้อย่างไร"

คำตอบสำหรับปัญหาที่ขัดกับสัญชาตญาณนั้นอาจขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำที่ไม่ค่อยมีใครรู้จัก

ซิมป์สันอธิบายว่าเมื่อน้ำเค็มเย็นลง น้ำก็จะข้นขึ้นหลายเท่าหรือมีความหนืดมากขึ้น มนุษย์มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลง แต่สำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดเท่าแบคทีเรียในปัจจุบัน ความแตกต่างอาจมีมาก

“เมื่อคุณตัวเล็ก คุณติดอยู่” เขากล่าว "น้ำเคลื่อนตัวเจ้า"

ว่ายน้ำ

นักธรณีวิทยาได้ทำการคำนวณหลายชุดเพื่อวัดว่าสิ่งมีชีวิตที่มีรูปร่างและขนาดต่างกันอาจพบเห็นได้ในมหาสมุทรของสโนว์บอลเอิร์ธ และในกรณีนี้ ใหญ่กว่านั้นอาจจะดีกว่า

ซิมป์สันกล่าวว่าแบคทีเรียในยุคปัจจุบันและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอื่นๆ เคลื่อนที่ไปมาในสภาพแวดล้อมทางน้ำโดยใช้เครื่องมือสองชุดที่แตกต่างกัน ได้แก่ มีตา ซึ่งมีลักษณะเป็นคลื่นคล้ายขน และแฟลเจลลา ลองนึกถึง "หาง" เซลล์อสุจิ เครื่องมือทั้งสองนี้จะทำงานช้าอย่างเจ็บปวดในสภาพมหาสมุทรที่เย็นยะเยือก ผลลัพธ์ของเขาแสดงให้เห็น

หากเซลล์แต่ละเซลล์รวมพลังกันเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตที่ใหญ่ขึ้น ในทางกลับกัน พวกมันสามารถสร้างพลังการว่ายน้ำได้มากขึ้นในขณะที่รักษาความต้องการพลังงานของแต่ละเซลล์ให้ต่ำ

"ข้อได้เปรียบของกลยุทธ์หลายเซลล์คือแต่ละเซลล์มีขนาดเล็กและมีความต้องการการเผาผลาญต่ำ แต่เซลล์เหล่านี้สามารถว่ายน้ำด้วยกันได้" ซิมป์สันกล่าว

ปัจจุบันเขากำลังทดสอบทฤษฎีนี้โดยใช้การทดลองกับสาหร่ายสมัยใหม่ในห้องทดลอง และโดยการขุดลึกลงไปในบันทึกฟอสซิลของโลก สิ่งหนึ่งที่ชัดเจนคือ Simpson กล่าวว่า เมื่อรูปแบบชีวิตมีขนาดใหญ่ขึ้น โลกใหม่ของความเป็นไปได้ก็พร้อมสำหรับพวกเขา ตัวอย่างเช่น สัตว์ดึกดำบรรพ์เช่นฟองน้ำไม่รอดชีวิตจากการลอยตัวในมหาสมุทร แต่โดยการสูบน้ำผ่านร่างกายของพวกมันอย่างแข็งขัน