Тайна мягкой жизни. Ученые выяснили причину первого массового вымирания
11 ноября 2022 15:03
На Земле было пять массовых вымираний, когда исчезали до 95 процентов биологических видов. Американские ученые установили, что 550 миллионов лет назад, в самом начале формирования многоклеточной жизни, произошло еще одно — эдиакарское, и мягкотелые организмы сменились скелетными формами.
Эдиакарская фауна
Анатомически практически вся современная жизнь возникла в начале кембрийского периода — примерно 540 миллионов лет назад. Палеонтологи называют это событие “кембрийским взрывом” и считают самым значимым в биологической эволюции.
Долго вообще думали, что до этого многоклеточных организмов на Земле не было — в более древних породах таких окаменелостей не находили. Поэтому в геохронологической шкале провели границу между протерозоем (с греческого — “эра начальной жизни”) и фанерозоем (“эра явной жизни”) как раз по кембрийскому периоду.
Но в 1957-м в Чарнвудском лесу в Англии обнаружили чарнию — докембрийскую окаменелость, многоклеточную водоросль или ветку растения. Затем последовали находки в Канаде, Намибии, Австралии и России — в слоях, относящихся к последнему этапу протерозоя — эдиакарию, это 635-541 миллион лет назад.
Докембрийские многоклеточные — мягкотелые, в основном крепящиеся к грунту, с ветвящейся или трубчатой структурой. Все они обитали в море, не имели скелета и были гораздо проще, чем кембрийские.
По мнению палеонтологов, это оказалось тупиковой ветвью эволюции. Исключение — книдарии, к которым относятся медузы, актинии и отдельные мягкие кораллы. Недавно ученые доказали, что книдарии появились на Земле 560 миллионов лет назад. И это единственный эдиакарский организм, доживший до наших дней.
Первое массовое
То, что столь резкое исчезновение практически всей докембрийской фауны связано с массовым вымиранием, предполагали, но точных сведений не было. Американские палеонтологи из Калифорнийского университета в Риверсайде и Технологического института Вирджинии решили восполнить этот пробел. Они собрали глобальную базу данных по эдиакарской биоте и проанализировали ее с учетом палеоэкологической обстановки.
Чаще всего эдиакарские окаменелости находят в трех комплексах докембрийских пород: авалонском на острове Ньюфаундленд в Канаде возрастом 575-560 миллионов лет, беломорском в России на Кольском полуострове и в Южной Австралии (560-550 миллионов лет) и намском в Намибии (550-539). Особым видовым разнообразием отличается авалонский.
Подсчитали, что из беломорского в намский перешли лишь около 20 процентов видов. Такое падение биоразнообразия — настоящее массовое вымирание, сопоставимое по масштабам с тем, что было потом в фанерозое.
© Инфографика
Массовые вымирания в геологической истории и количество исчезнувших биологических видов в процентах
Интересно, что между беломорским и намским комплексами нет существенных экологических различий — осадконакопление происходило в одинаковых палеоклиматических условиях и примерно на одних и тех же глубинах. В то же время исследователи отмечают, что к концу беломорского периода многие животные приобрели странные морфологические признаки.
В частности, увеличилась площадь поверхности тела по отношению к объему. Обычно морские организмы применяют такую стратегию, чтобы усилить контакт клеток с морской водой для облегчения доступа к кислороду. Из этого сделали вывод: наиболее вероятная причина эдиакарского вымирания — падение содержания кислорода в атмосфере и морской воде. С чем именно это было связано, пока неизвестно.
“Это может быть любое сочетание таких факторов, как извержение вулканов, движение тектонических плит, столкновение с астероидом и так далее, — цитирует пресс-релиз Технологического института Вирджинии одного из авторов статьи, профессора Скотта Эванса. — Мы видим только, что животные реагировали на снижение доступности кислорода”.
© Alex Boersma/PNAS
Реконструкция эдиакарского морского дна во время формирования комплексов: слева — авалонского (575-560 миллионов лет назад); в центре — беломорского (560-550 миллионов лет назад); справа — намского 550-539 миллионов лет назад). На последнем рисунке видно резкое снижение биоразнообразия
Роль кислорода
В свое время ученые доказали, что самому крупному в истории Земли массовому вымиранию — пермскому (252 миллиона лет назад, когда исчезло до 95 процентов морских животных) — сопутствовала аноксия океана, то есть резкое падение уровня кислорода в морской воде. А триггером выступила чрезвычайно высокая вулканическая активность в конце пермского периода.
За короткий по геологическим меркам промежуток времени (около миллиона лет) на территории нынешней Сибири из земных недр изверглось несколько миллионов кубических километров магмы. Климат стал более теплым, океан перегрелся.
В таких условиях морским организмам нужно больше кислорода. А его-то как раз и не хватало.
Кроме того, обилие СО2 в атмосфере привело к закислению морской воды, что также ударило по биосообществу. Не говоря уже о том, что вулканические выбросы сами по себе токсичны.
Поворотный момент
Не исключено, что похожий сценарий реализовался и в конце эдиакарского периода. Однако, по мнению специалиста по эдиакарской фауне, профессора биологического факультета МГУ Андрея Журавлева, вряд ли дело было только в кислороде.
“Действительно, около 550 миллионов лет назад разнообразие эдиакарской фауны резко сократилось, — отмечает ученый. — Это видно на многих разрезах. В намских слоях организмов на порядок меньше, чем в беломорских. Но нельзя сказать, что они там плоские. Скорее наоборот: очень много объемных, мешковидных форм. Что касается кислорода, его уровень колебался в течение всего эдиакарского, а также предшествовавшего ему криогенового и следующего за ним кембрийского периодов. Эти скачки, конечно, влияли на фауну и ее морфологию, но вряд ли были глобальными”.
Журавлев считает, что многоклеточная фауна эдиакарского и первой половины кембрийского периодов была еще очень “юной” и чрезвычайно чувствительной к внешним условиям. Поэтому “вымирания” — эпизоды резкого сокращения, а затем расширения видового состава — происходили неоднократно. Но в целом эдиакарские формы вытеснялись более привычными для нас кембрийскими постепенно.
© Фото : Scott Evans
Окаменелости дикинсонии из беломорского комплекса в Южной Австралии
“Древнейшая авалонская фауна — наиболее представительная, — объясняет профессор. — Это знаменитые “лопухи на ножках”, которые рисуют на всех реконструкциях эдиакарского моря. В беломорской уже появляются ползающие организмы, питавшиеся не только тем, что плавает, но и тем, что лежит на дне. В намской фауне разнообразие эдиакарских организмов действительно меньше, но там есть “кембрийские” скелетные формы. Никаких резких перестроек биосообщества, указывающих на катастрофу, не видно. Все было достаточно плавно”.
В конце концов не важно, как назвать произошедшее 550 миллионов лет назад, в конце эдиакарского периода, — классическим вымиранием или просто массовой перестройкой биосистемы, отмечает ученый. В любом случае это, несомненно, важный момент в истории Земли, когда активно развивавшаяся до этого мягкотелая фауна уступила место скелетным организмам.
