Некоторые прокариоты перешли к многоклеточному образу жизни. Строматолиты, например, состоят из бактериальных колоний. В целом, однако, прокариотические клетки ведут одиночный образ жизни (и даже в случае строматолитов спорно, оправдано ли использование термина «организм»). Большую часть истории Земли эукариотические клетки также вели изолированную жизнь. Затем произошла замечательная трансформация. Некоторые эукариотические клетки обнаружили преимущества объединения. Поскольку клетки не имели внешних стенок, изолирующих их от окружающей среды и друг от друга, они могли свободно обмениваться информацией и делиться материалами. Результатом стал мир, который мы видим сегодня: три царства организмов, чрезвычайно сложных и разнообразных — грибы, растения и, самые сложные из всех, животные.

Что заставило эукариотические клетки объединить свои ресурсы, неизвестно. Не совсем ясно даже, когда произошел переход к многоклеточности. Кембрийский взрыв 540 миллионов лет назад, когда были заложены различные планы строения животных, безусловно, был решающим событием в истории жизни на этой планете — и, похоже, это был ключевой шаг на пути к разумной жизни. Но детали далеко не ясны. Мы знаем, что существует мало свидетельств ископаемых животных в породах старше 540 миллионов лет, тогда как Кембрийский взрыв ознаменовался окаменением широкого ассортимента животных. Однако все, что мы можем твердо вывести из этого наблюдения, это то, что крупные животные с твердыми частями тела стали обычными в Кембрийский период; вполне возможно, что мелкие мягкотелые животные существовали до Кембрийского периода и умерли, не оставив следов. (Нематоды, возможно, самый многочисленный тип животных в мире сегодня. Они должны были существовать по крайней мере со времен Кембрийского взрыва, но не оставили следов в палеонтологической летописи.) Секвенирование генов приводит некоторых биологов к мысли, что животные возникли около миллиарда лет назад, что, если это правда, означает, что палеонтологическая летопись относится только к половине истории жизни животных на Земле. Однако, возникли ли животные миллиард лет назад, полмиллиарда лет назад или когда-то между этими датами, факт остается фактом: они — новички в истории нашей планеты. Одноклеточные существа существовали вскоре после остывания Земли; потребовалось 3 миллиарда лет, чтобы эволюция создала сложных существ. Почему так долго ждали многоклеточности?

Одна из возможностей заключается в том, что повышение содержания кислорода в атмосфере спровоцировало Кембрийский взрыв.[369] В ранней истории Земли практически не было свободного кислорода, что не представляло трудностей для примитивных прокариот, потому что для тех первых живых организмов контакт с кислородом означал верную смерть. (Даже некоторые современные бактерии считают кислород смертельным ядом.) Однако организмы, такие как цианобактерии, производили кислород как побочный продукт своего метаболизма. В течение 2 миллиардов лет — примерно с 3,7 миллиарда лет назад до примерно 1,7 миллиарда лет назад — эти организмы выбрасывали кислород в окружающую среду. Большую часть этого времени было достаточно поглотителей, таких как растворенное в океанах железо, чтобы улавливать кислород. В конце концов, однако, поглотители насытились — и содержание кислорода в атмосфере начало расти. Для многих организмов это событие означало гибель; «кислородный кризис», должно быть, вызвал самое большое из всех массовых вымираний, при этом многие прокариотические виды просто не смогли адаптироваться к крупномасштабному выбросу такого яда. Некоторые организмы, однако, процветали: они развили метаболизм, основанный на кислороде, расщепляя пищу на углекислый газ и воду. Этот кислородный метаболизм генерировал больше энергии, чем анаэробные метаболизмы, и организмы процветали; эукариоты процветали больше всех. Однако даже примерно до 550 миллионов лет назад количество кислорода в атмосфере и растворенного в океанах было намного меньше, чем сегодня. Любые животные, существовавшие до этого периода, должны были получать кислород для своих тканей путем диффузии, что является медленным процессом. У этих животных не было бы сердца — по крайней мере, насоса — и у них не было бы кровеносной системы. Они были бы крошечными, паутиноподобными существами, поэтому неудивительно, что они не оставили следов в палеонтологической летописи. Но затем, по какой-то не совсем ясной причине, уровень кислорода в атмосфере снова поднялся в Кембрийский период. Произошло несколько ключевых эволюционных событий — жабры, сердца, гемоглобин в крови, — позволивших морским животным гораздо эффективнее использовать кислород и транспортировать газ к различным тканям. Животные стали крупнее и массивнее и смогли развить различные специализированные органы. Возможно, появление хищника заставило другие виды развить защиту в виде твердых панцирей — и, наконец, животные смогли стать ископаемыми.

Таким образом, предположение состоит в том, что Кембрийский взрыв был вызван повышением уровня кислорода в атмосфере. И, возможно, это было не совсем неизбежное событие. Возможно, на большинстве планет развитие крупных многоклеточных организмов не происходит.

Другое предположение, не обязательно противоречащее изложенным выше идеям, заключается в том, что эволюция «застопорилась» примерно на миллиард лет из-за длительного периода тектонической стабильности.[370] Предполагается, что около 1,8 миллиарда лет назад большая часть суши Земли существовала в виде суперконтинента под названием Родиния. Однако, вместо того чтобы распасться через несколько десятков миллионов лет (что является временным масштабом для существенных изменений из-за дрейфа континентов), Родиния оставалась в средних широтах, пока не распалась около 750 миллионов лет назад. Стабильность Родинии, по-видимому, возникла потому, что в то время мантия Земли была еще настолько горячей, что размягчала океаническую кору; зоны субдукции не могли затянуть вниз большие участки родинийской коры, как они это делают сегодня. Примерно 750 миллионов лет назад мантия достаточно остыла для начала современной тектонической активности, после чего дни (или, по крайней мере, эпохи) Родинии были сочтены: она была разорвана на части. Геологи Питер Кэвуд и Крис Хоуксворт обнаружили, что уровень кислорода менялся до образования Родинии и после ее распада, но был стабильным в течение миллиарда лет существования суперконтинента; крупные оледенения происходили до рождения Родинии и после ее гибели, но не во время ее жизни; в течение миллиарда лет Земля была скучным местом. Возможно, появление эукариотической клетки, которая является чудом биохимической сложности, потребовало этого длительного периода стабильности? Возможно, развитие сложной животной жизни было ответом на новые экологические вызовы, связанные с распадом долгое время стабильного суперконтинента?

Другое предположение, таким образом, заключается в том, что сложная жизнь является продуктом геологических условий, которые «в самый раз». Возможно, на большинстве планет развитие сложных многоклеточных организмов подавляется слишком активной или слишком статичной геологией.