Новые исследования проливают свет на многоклеточные организмы, населявшие Землю непосредственно перед явлением «Кембрийского взрыва» и после него, а также то, в каких климатических условиях они жили, какие экологические ниши занимали, и как проходила их эволюция.
Загадка «Кембрийского взрыва»
Одна из самых больших загадок, которую подарил нам Чарльз Дарвин в своей книге «Происхождение видов» был так называемый «кембрийский взрыв». Изучая останки ископаемых животных, исследователи заметили, что эволюция всего живого на планете прослеживается примерно на 542 миллиона лет в прошлое. В слоях, лежащих ниже этой отметки, во время написания книги Дарвиным, ничего обнаружено не было.
И хотя, первые останки с докембрийских времен были найдены через десять лет после издания “Происхождения видов”, еще при жизни Дарвина, в массовом сознании, и в сознании ученых почти на века запечатлелась мысль, что в начале кембрийского периода произошло какое-то чрезвычайное событие. За срок, измеряемый несколькими десятками миллионов лет, якобы из ничего, возникло огромное количество групп живых организмов.
В начале 2000-х годов, Международный палеонтологический союз, разделил протерозойскую эру на палеопротерозой, мезопротерозой и неопротерозой. В последней эре было выделено три периода: тонийский, криогеновый и эдиакарский.
Собственно, два последних стали настоящей сенсацией в околонаучном мире. Криогений стал сенсацией, прежде всего, климатической, поскольку исследование горных пород того времени привели к парадоксальному выводу – несколько десятков миллионов лет вся Земля, включая экваториальные зоны была покрыта слоем льда. Развитие жизни в это время было приостановлено.
Однако, сразу после того, как лед растаял, началась эпоха, наполненная поистине удивительной жизнью. Хотя, животный мир на начало кембрия и отличался от нашего, мы легко можем найти в нем те группы организмов, которые сейчас заселяют океаны: членистоногие, моллюски, хордовые, медузы. А вот в эдиакарский период, жизни не было, похоже совсем. Доподлинно доказано существование медуз. Более того, когда ученые только начинали изучать животных, им показалось, что в этом странном мире, совсем не было хищников. Этот период начали неофициально называть «эдиакарским садом».
Вместе с тем, установление того, как развивались события в такую седую древность – дело не из легких. Но ученые продолжают по кусочкам устанавливать различные детали событий, которые имели место в те времена.
Земля 550 миллионов лет назад
Первое, что надо знать о периоде, который был 650-500 миллионов лет назад, это то, что суша оставался незаселенной. Горные вершины омывал дождь, что капал из облаков, но никаких растений тогда еще не было. Все обломки пород смывались в океан и образовывали протяженные низины, которые переходили в болота, а те – в мелководные моря. Именно в морях и происходило самое интересное.
В начале криогения, вся суша была собрана в один суперконтинент под названием Родиния, что протянулся вдоль меридиана от Северного полюса, до Южного. В течение криогения и эдиакария это суперболото успело распасться, и в конце эдиакария собралось в новый суперконтинент Паннотию, что тяготела к Южному полюсу.
Над всем этим висела луна, которая была значительно ближе современной и создавала существенно более мощные приливы. Кроме того, Земля вращалась значительно быстрее, поэтому в течение суток длиной в 22 часа, приливы были не только мощнее, но и более стремительные. Год тогда составлял около 400 суток.
Формация Доушаньтуо
Похоже, в таких условиях и возникли на Земле первые многоклеточные организмы. Когда именно это произошло – ответить трудно. Дело в том, что определение времени, когда существовал последний предок всех многоклеточных животных, по степени их генетического родства дает огромную погрешность.
Одни исследования свидетельствуют, что это произошло чуть более 550 миллионов лет назад, перед началом кембрия. Другие отодвигают это событие на период до 700 миллионов лет назад, то есть сразу после того, как растаял ледяной панцирь. Ну а третьи – свидетельствуют о том, что жизни может быть и 900 миллионов лет, и она вполне могла существовать еще подо льдом криогения.
В середине 2000-х годов, главной сенсацией в исследовании докембрийской жизни стала, и остается до сих пор, формация Доушаньтуо. Эта геологическая формация в Центральном Китае содержит останки организмов, которые жили здесь между 635 и 551 миллионом лет назад. Они являются свидетельством того, что многоклеточные организмы процветали на Земле почти сразу после того, как планета освободилась ото льда.
Исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что в эдиакарском периоде, формация Доушаньтоу представляла собой карбонатный шельф, что лежал между прибрежными зонами, которые подвергались приточному затоплению, и глубокими океаническими водами. При этом, периодически эта местность насыщалась сероводородом и становилась похожей на дно современного Черного моря.
Первые животные-копатели
Долгое время считалось, что эдиакарская фауна не имела дифференциации тканей и преимущественно была похожа даже не на медуз, а на колонии многоклеточных организмов. Однако в 2017 году, ученые из Манчестерского университета исследовали осадочные породы из провинции Корумба в Бразилии. Эти породы датируются периодом 555-542 миллиона лет назад, то есть соответствуют периоду, который предшествует “кембрийскому взрыву”.
В этих породах исследователи обнаружили множество отверстий и ходов, которые имели диаметр от 50 до 600 микрометров, которые образуют в образцах сложную сеть. Ученые уверены, что такие следы могли оставить только существа с развитой мышечной системой, которые были подобны современным нематодам, то есть круглым червям.
Это исследование тем более интересно тем, что в марте 2018 года японские ученые из Нагойского университета опубликовали свое исследование. В нем они также изучали осадочные породы, которые датируются периодом в 555-541 миллион лет назад. В них также были найдены следы жизнедеятельности животных, которые рыли почву. Отличие заключается в том, что эти останки были найдены в совсем другом месте – в монгольской долине Баян-Гол.
Существа, которые здесь жили, оказались совсем другими. В отличие от микроскопических «нематод» из Бразилии, которые шевелились в грунте в поисках остатков органики, эти существа достигали одного сантиметра в диаметре и рыли U-образные норы, в которых они скрывались от хищников.
Аграрная революция
Эти исследования важны по многим причинам. Во-первых, установлено, что они были распространены в различных прибрежных зонах Паннотии уже в позднем эдиакарии. Во-вторых, выявлены достаточно большие и сложные организмы, они рылись в почве в то время, когда, как до сих пор считалось, в эдиакарии такие организмы если и были, то совсем небольшие.
В-третьих, само наличие достаточно больших роющих животных 550 миллионов лет назад означает, что так называемая «аграрная революция», которую ранее приписывали временам кембрия, произошла значительно раньше. До появления роющих животных, дно водоемов покрывали крепкие и жесткие бактериальные маты, которые значительно сужали возможность животным передвигаться и кормиться на дне. Появление же роющих организмов привело к возникновению многочисленных экологических ниш и созданию новых групп тканей у животных.
Насколько зыбки наши знания относительно того, как происходила эволюция в эдиакарии, свидетельствует еще одно открытие. В 2016 году было установлено, что примерно 579 миллионов лет назад в некоторых регионах Земли наблюдалось оледенение, о котором ранее никто ничего не слышал, и которое назвали Гаскерским. И интересным является то, что часть эдиакарских находок датируется периодом ранее этого оледенения.
Даже больше, в статьях, опубликованных в 2009-2012 годах, описано Байконурское оледенение, которое происходило примерно в то самое время, когда на тех участках эдиакарского морского дна, которые сейчас оказались в Монголии и Бразилии, жили роющие существа.
Климат кембрийского периода
Не удивительно, что ученые обстоятельно взялись изучать, какой же климат был в эдиакарии-кембрии. До сих пор они могли только догадываться, что в кембрии он преимущественно был тропический, подобно тому, как это было в мезозойскую эру, во времена, когда по Земле шагали динозавры.
Но в мае 2018 года исследователи из Лестерского университета в Великобритании, исследовали очередной кусок глыбы, на этот раз найденный непосредственно в Англии. Эта порода датировалась периодом в 515-510 миллионов лет назад, то есть относилась к кембрийскому периоду.
В породе содержались остатки ракушек размером чуть больше 1 миллиметра. Слишком мелкие для того, чтобы рассказать что-то о самих животных, они, впрочем, помогли установить изотопный состав воды, в которой жили эти существа.
Поскольку изотопный состав воды зависит от ее температуры, ученые смогли установить, что 515 миллионов лет назад температура воды в этой части океана колебалась в течение года в диапазоне 20-25 градусов по Цельсию. А это были, моря на 65 градусе широты, то есть на широте современной Исландии.
Внезапное появление членистоногих
Не забывают создавать новости и те, кто изучает уже довольно известные группы кембрийских животных. Так исследователи из Оксфорда провели огромную работу, изучая останки животных, которые эволюционировали именно в тот период, для которого были установлены параметры воды в предыдущем исследовании, то есть от 540 до 500 миллионов лет назад.
Объектом их исследования стала большая группа созданий, которые зовутся эуартроподами. Эта группа животных во все времена была одной из самых распространенных на Земле. К ней, кроме хелицеровых (пауков и скорпионов), относятся многоножки, ракообразные, насекомые, а также вымершие ныне группы животных, такие как динокариды, характерным представителем которых является крупнейший кембрийский хищник аномалокарис.
Ученые предполагали, что многообразие эуартропод в кембрии, которое якобы обусловлено тем, что на грани эдиакария-кембрия по каким-то причинам стремительно изменились условия захоронения остатков животных, и наши находки этой группы просто неполные. Однако внимательно исследовав породы кембрия и эдиакария, ученые пришли к выводу, что сами по себе они ничем не отличаются друг от друга, только у первых есть остатки членистоногих, а у вторых – нет.
Похоже, что эта огромная группа организмов действительно возникла как взрыв не ранее, чем 550 миллионов лет назад. Связано ли это как-то с «аграрной революцией» которая происходила в земной биосфере непосредственно перед этим, можно будет попробовать разобраться в последующих исследованиях. Так же ученых ждет загадка того, как изменения климата влияли на эволюцию жизни в этот период.
Что мы знаем о нашем прошлом?
Исследования «кембрийского взрыва» и эпох, предшествующих ему, интересно тем, что мы сталкиваемся со значительной нехваткой материала. Горные породы, образовавшиеся в этот период, сами по себе не так уж и распространены. А уж найти в них что-то, что осталось от живых животных – само по себе невероятная удача.
Между находками существуют «пробелы», иногда, в десятки миллионов лет, и как за это время успели измениться условия на протерозойской Земле, мы не имеем никакого представления. Несмотря на это, палеонтологи, изучающие «кембрийский взрыв», ежегодно добавляют к этому новые элементы пазла, доказывая, что история жизни на Земле длиннее и интереснее, чем считалось ранее.
