Honderden miljoenen jaren voordat er een kip of een ei was om over te discussiëren, de eerste complexe dieren evolueerden parallel met de stijgende zuurstofniveaus van de aarde.

Maar wat was er eerst:dieren of zuurstof?

Die vraag staat centraal in een speciale uitgave van Opkomende onderwerpen in de biowetenschappen gepubliceerd op 28 september door Portland Press. Getiteld "De vroege aarde en de opkomst van het complexe leven, " het nummer is geredigeerd door Timothy Lyons van UC Riverside, een vooraanstaande professor in de biogeochemie, samen met UCR-professor Mary Droser en postdoctoraal onderzoeker Kimberly Lau, en Susannah Porter, een professor aan UC Santa Barbara. Verschillende van de 18 artikelen in de collectie zijn geschreven of co-auteur van UCR-onderzoekers.

Terwijl geologische en fossiele gegevens suggereren dat de vorming van complex leven en de zuurstofvoorziening van de planeet hand in hand gingen, de details over de mogelijke oorzaak-en-gevolg relatie zijn nog steeds duister en besproken. Heeft het stijgende zuurstofgehalte in de oceanen en de atmosfeer de vorming van complex leven veroorzaakt, waren ze niet verwant, of veroorzaakte de uiteindelijke opkomst en verspreiding van complex leven in plaats daarvan een stijging van zuurstof?

"Hoewel die vragen op dit moment grotendeels onbeantwoord blijven, deze samengestelde collectie biedt een up-to-date kijk op de relatie tussen vroege organismen en hun omgeving door de lens van een diverse groep wetenschappers met behulp van een verscheidenheid aan geavanceerde methoden, ' zei Lyon.

Zuurstof begon zich 2,3-2,4 miljard jaar geleden op te hopen in de oceanen en de atmosfeer tijdens de Grote Oxidatie. Tegen 1,8 miljard jaar geleden, zuurstofgehalte was gedaald tot gemiddelde niveaus, waar ze nog een miljard jaar stabiel bleven - door wetenschappers 'de saaie miljard' genoemd. Ongeveer 800 miljoen jaar geleden, de niveaus waarschijnlijk weer gestegen, en kort daarna evolueerden de eerste dieren.

Een artikel van Scott Evans, een afgestudeerde student in Drosers lab, presenteert bewijs dat wijst op een nieuwe opkomst van door zuurstof gekatalyseerde innovatie in het dierenleven. Door fossiele dieren van 550-560 miljoen jaar geleden te bestuderen, tijdens het zogenaamde Ediacaran-tijdperk, Evans toonde aan dat de vroege dieren van de aarde, die in de oceaan levende wezens waren die "ademden" door diffusie, geëvolueerd om groter te zijn. Dit betekende dat een lagere fractie van hun cellen in contact kwam met het omringende water tijdens een periode van verhoogde zuurstof en weer kleiner werd tijdens een tijdelijke afname.

"Deze relatie suggereert dat een stijging van het zuurstofgehalte mogelijk de omgeving heeft verschaft die nodig is voor de diversificatie van complexe lichaamsplannen en energetisch veeleisende ecologieën, ' zei Lyon.

Niet iedereen in de serie is het erover eens dat een toename van zuurstof de sleutel was tot het succes van onze vroege voorouders. Daniel Mills van de Universiteit van Zuid-Denemarken waarschuwt dat de relatie tussen de evolutie van complex leven en toenemende oxygenatie twijfelachtig blijft. Misschien, hij stelt voor, de opkomst van dieren kan zijn gebaseerd op "interne ontwikkelingsbeperkingen, Dit betekent de tijd die dieren nodig hebben met geavanceerde cellulaire machines die worden bestuurd door complexe genetica om onafhankelijk van veranderingen in de omgeving te evolueren.

"Lezers zullen deze verzameling niet verlaten met een duidelijk enkel antwoord, ' zei Lyons. 'In plaats daarvan, ons doel was om hen een actueel beeld te geven van de belangrijkste debatten over het evoluerende vroege complexe leven en veranderingen in het milieu, de volledige context die achter de vragen en onzekerheden schuilgaat, en het werk dat nog te doen is."