ชีวิตเซลล์ซับซ้อนยุคแรกอาจถือกำเนิดบนพื้นทะเลที่มีออกซิเจนเมื่อ 1.75 พันล้านปีก่อน

หลักฐานทางตะกอนวิทยาบ่งชี้ว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่ใน สภาพแวดล้อมทะเลน้ำตื้นของทะเลภายในทวีปโบราณ ซึ่งรวมถึงพื้นที่โคลนริมฝั่งและตะกอนบนพื้นทะเล ไม่ใช่บริเวณคอลัมน์น้ำของมหาสมุทรเปิด

หลักฐานที่เชื่อมโยงกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจน

นักวิจัยใช้ข้อมูลหลายด้านเพื่อสร้างภาพของสภาพแวดล้อมในอดีต ได้แก่

• การกระจายตัวของฟอสซิล: ฟอสซิลจำนวนมากพบในตะกอนที่เกี่ยวข้องกับพื้นทะเล แสดงว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่บนหรือภายในตะกอนใต้ทะเล
• บริบทของตะกอน: ชั้นหินแสดงลักษณะของระบบนิเวศทะเลน้ำตื้น เช่น พื้นที่น้ำขึ้นน้ำลงและชายฝั่ง ไม่ใช่แหล่งสะสมตะกอนในทะเลลึก
• หลักฐานธรณีเคมี: สัญญาณทางเคมีในตะกอนบ่งชี้ว่าบริเวณดังกล่าวมี ออกซิเจนอยู่เป็นหย่อม ๆ แม้มหาสมุทรลึกในยุคโปรเทอโรโซอิกจะยังมีออกซิเจนต่ำอยู่มาก

หลักฐานทั้งหมดรวมกันชี้ว่า ยูคาริโอตยุคแรกอาจเป็น สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ตามพื้นทะเล (benthic) และปรับตัวอยู่ในแหล่งที่มีออกซิเจนเฉพาะบริเวณ

นัยสำคัญต่อการมีไมโทคอนเดรีย

การพบยูคาริโอตในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนสนับสนุนแนวคิดว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้น่าจะใช้ กระบวนการเผาผลาญแบบใช้ออกซิเจน (aerobic metabolism)

นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากจึงตีความว่า ยูคาริโอตยุคแรกน่าจะมี ไมโทคอนเดรีย หรือระบบสร้างพลังงานที่คล้ายกันอยู่แล้ว ออร์แกเนลล์นี้ช่วยให้เซลล์ผลิตพลังงานจากออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เนื่องจากยูคาริโอตทุกชนิดที่ยังมีชีวิตในปัจจุบันสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่มีไมโทคอนเดรีย การค้นพบนี้จึงช่วยย้ำว่าการได้มาซึ่งออร์แกเนลล์นี้เกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นของวิวัฒนาการเซลล์ซับซ้อน

ทำไมยูคาริโอตยุคแรกจึงยังพบได้น้อย

แม้ว่ายูคาริโอตจะปรากฏบนโลกแล้วเมื่อประมาณ 1.7–1.8 พันล้านปีก่อน แต่พวกมันไม่ได้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตหลักของระบบนิเวศในทันที เป็นเวลาหลายร้อยล้านปีที่ชีวมณฑลของโลกยังถูกครอบงำโดยจุลชีพแบบโพรคาริโอต

คำอธิบายสำคัญคือข้อจำกัดของสิ่งแวดล้อม แม้บรรยากาศโลกจะเริ่มมีออกซิเจนเพิ่มขึ้นแล้ว แต่ มหาสมุทรลึกจำนวนมากยังคงขาดออกซิเจน สิ่งมีชีวิตที่ต้องพึ่งออกซิเจนจึงอาจอยู่ได้เฉพาะบริเวณน้ำตื้นที่มีออกซิเจนเท่านั้น

ดังนั้นยูคาริโอตยุคแรกจึงอาจถูกจำกัดให้อยู่ใน แหล่งที่มีออกซิเจนเฉพาะบริเวณบนพื้นทะเล ทำให้ความหลากหลายและบทบาททางนิเวศของพวกมันยังค่อนข้างจำกัดในช่วงยาวนานของยุคโปรเทอโรโซอิก

ก้าวแรกสู่โลกที่เต็มไปด้วยชีวิตซับซ้อน

งานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าวิวัฒนาการของชีวิตซับซ้อนเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมบนโลก แม้ยูคาริโอตจะเกิดขึ้นค่อนข้างเร็วในประวัติศาสตร์โลก แต่การขยายตัวของพวกมันต้องรอให้ระดับออกซิเจนในทะเลเพิ่มขึ้นก่อน

เมื่อพื้นที่ที่มีออกซิเจนในมหาสมุทรขยายตัวมากขึ้น ยูคาริโอตจึงสามารถแพร่กระจายออกจากพื้นทะเลไปสู่พื้นที่อื่น ๆ ของมหาสมุทรได้ กระบวนการนี้นำไปสู่การกำเนิดของสาหร่าย สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ และในเวลาต่อมา—สัตว์

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟอสซิลจากออสเตรเลียได้บันทึกช่วงเวลาสำคัญของโลกยุคโบราณ เมื่อ เซลล์ซับซ้อนเริ่มปรากฏแล้ว แต่สภาพแวดล้อมของโลกยังไม่พร้อมให้ชีวิตซับซ้อนแพร่หลายเต็มที่