Hundratals miljoner år innan det fanns en höna eller ett ägg att diskutera, de första komplexa djuren utvecklades parallellt med jordens stigande syrenivåer.

Men vad kom först - djur eller syre?

Den frågan är det centrala temat i ett specialnummer av Nya ämnen inom biovetenskap publicerad 28 september av Portland Press. Med titeln "Early Earth and the Rise of Complex Life, "Emissionen redigerades av UC Riversides Timothy Lyons, en framstående professor i biogeokemi, tillsammans med UCR-professor Mary Droser och postdoktorn Kimberly Lau, och Susannah Porter, en professor vid UC Santa Barbara. Flera av de 18 artiklarna som ingår i samlingen var författade eller medförfattare av UCR-forskare.

Medan geologiska och fossila register tyder på att bildningen av komplext liv och syresättningen av planeten fortskred hand i hand, detaljerna om det möjliga orsak-och-verkan-förhållandet är fortfarande grumliga och debatterade. Har stigande syrehalter i haven och atmosfären drivit bildandet av komplext liv, var de orelaterade, eller orsakade den eventuella uppkomsten och spridningen av komplext liv istället en ökning av syrehalten?

"Även om dessa frågor i stort sett är obesvarade just nu, denna kurerade samling erbjuder en uppdaterad titt på förhållandet mellan tidiga organismer och deras miljöer genom linsen av en mångfaldig grupp av forskare som använder en mängd banbrytande metoder, sa Lyons.

Syre började ackumuleras i haven och atmosfären för 2,3-2,4 miljarder år sedan under den stora oxidationshändelsen. För 1,8 miljarder år sedan, syrenivåerna hade sjunkit till mellannivåer, där de förblev stabila i ytterligare en miljard år – kallade "den tråkiga miljarden" av forskare. För cirka 800 miljoner år sedan, nivåerna troligen ökade igen, och de första djuren utvecklades strax efter.

Ett papper av Scott Evans, en doktorand i Drosers labb, presenterar bevis som tyder på ytterligare en ökning av syrekatalyserad innovation i djurlivet. Genom att studera fossila djur för mellan 550-560 miljoner år sedan, under den så kallade Ediacaran-eran, Evans visade att jordens tidiga djur, som var havslevande varelser som "andades" genom diffusion, utvecklats till att bli större. Detta innebar att en mindre del av deras celler kom i kontakt med det omgivande vattnet under en period av ökat syre och blev mindre igen under en övergående minskning.

"Detta förhållande tyder på att en ökning av syrenivåerna kan ha tillhandahållit den miljö som är nödvändig för diversifiering av komplexa kroppsplaner och energiskt krävande ekologier, "Sa Lyons.

Alla i serien är inte överens om att en ökning av syrehalten var nyckeln till våra tidiga förfäders framgång. Daniel Mills vid Syddanmarks universitet varnar för att förhållandet mellan utvecklingen av komplext liv och ökande syresättning fortfarande är öppet att ifrågasätta. Kanske, han föreslår, uppkomsten av djur kan ha varit baserad på "inre utvecklingsbegränsningar, "vilket betyder den tid det tog för djur med sofistikerade cellulära maskiner som styrs av komplex genetik att utvecklas oberoende av miljöförändringar.

"Läsare kommer inte att lämna den här samlingen med ett tydligt enda svar, " sa Lyons. "Istället, vårt mål var att ge dem en uppdaterad bild av nyckeldebatterna om utvecklande tidiga komplexa liv och miljöförändringar, hela sammanhanget som ligger bakom frågorna och osäkerheterna, och det arbete som återstår att göra."