Когда речь заходит о раннем кембрии, его обычно представляют как эпоху, в которую океан наконец стал достаточно благоприятным для крупных животных: кислорода прибавилось, жизнь оживилась, и вскоре морское дно заполнилось всё более сложными существами. Но работа Андрея Журавлёва и соавторов, опубликованная в прошлом году, показывает более странную и, пожалуй, более реалистичную картину: первые скелетные животные на Сибирской платформе (в те времена, разумеется, там было море) появились не в хорошо проветренном океане, а в среде, где содержание растворённого кислорода было существенно меньше, чем сейчас и менялось рывками. Тем не менее, именно в раннем кембрии произошла знаменитая "вспышка" биоразнообразия, которую мы называем кембрийским взрывом.
Исследователи сопоставили геохимические данные и палеонтологическую летопись нижнекембрийских отложений Сибирской платформы и увидели, что массовое появление первых животных с биоминеральным скелетом шло в интервале примерно 527–519 млн лет назад, когда морская вода уже была кислородной далеко не в современном смысле. То есть животные успели стартовать в довольно жёсткой среде, а не в комфортных условиях, которые мы часто приписываем “взрыву” кембрийской жизни.
Сама эта идея изначально не взялась из воздуха (да, довольно иронично звучит). Долгое время считалось, что свободный кислород на Земле появился ещё около 2,7–2,3 млрд лет назад, а дальше его содержание якобы только росло к современному уровню. Но в последние годы геохимики начали пристально изучать эту тему: по изотопам углерода, серы, урана, хрома, селена, молибдена, а также по соотношению йода и кальция/магния и по формам железа стало ясно, что кислородная история Земли была не плавным подъёмом уровня кислорода, а чередой подъёмов, спадов и локальных “карманов” с разной химией. Для раннего океана особенно важна была слоистость: поверхностные воды могли быть пригодны для жизни, а ниже быстро начинались бескислородные зоны.
Именно такую модель и реконструируют для эдиакарского и раннекембрийского океана: он был слоистым, химически неоднородным и в основном оставался бескислородным или малокислородным, особенно на глубине. При этом разные бассейны могли отличаться друг от друга, но общая картина была довольно суровой: глубокие слои оставались безжизненными, а пригодное для животных пространство было ограничено верхними, мелководными зонами. С учётом этого всего, глубины океана стали заселяться, вероятно, уже значительно позже.
Чтобы проверить, насколько кислород действительно влиял на раннюю фауну, авторы новой статьи в Science Advances собрали материал по карбонатам Сибирской платформы и использовали сразу несколько индикаторов. Йод здесь особенно полезен: в кислородной воде он присутствует в форме йодата, который может фиксироваться карбонатами, а при падении уровня кислорода быстро переходит в йодид и исчезает из горных пород. Рений тоже выдаёт малокислородную среду: он начинает накапливаться при восстановительных условиях, тогда как уран и молибден в этом конкретном случае почти не подавали сигнала. В сумме эти маркеры позволили довольно уверенно оценить кислородный режим древнего моря.
Результат оказался неожиданным, если смотреть на него глазами старой схемы. Достаточно большое число скелетных животных — хиолиты, томмотииды, гельционеллиды, загадочные анабариты и протоконодонты — появлялось и существовало именно в малокислородном морском бассейне.
Это были в основном очень маленькие организмы, чаще всего не больше трёх сантиметров, а нередко и меньше. Речь идёт о той самой ранней “мелкораковинной фауне”, которую сегодня всё чаще рассматривают не как случайный набор странных форм, а как важный этап становления первых скелетных экосистем.
Почему же они вообще могли там жить? Ответ довольно прозаичен: для небольших организмов требования к кислороду ниже, а сам кембрийский океан, вероятно, давал им лишь короткие окна более благоприятных условий. По оценке, концентрация кислорода в воде могла колебаться примерно от 20 до 70 μМ — этого, как показывают современные исследования устойчивости морских животных к дефициту кислорода, было достаточно для выживания. Но важна именно не средняя цифра, а нестабильность: во время штормов и волнений море могло немного насыщаться кислородом, а затем снова быстро возвращаться к малокислородному состоянию. Жизнь в буквальном смысле существовала на кислородных качелях.
И тут начинается самое интересное. Первые скелетные животные не ждали, пока океан станет достаточно пригодным для дыхания в воде, а освоили среду, в которой кислород был дефицитным и распределялся неравномерно. Когда содержание кислорода временно повышалось, разнообразие животных росло, сообщества усложнялись, а рифы становились больше. Именно в такие периоды, в середине томмотского и начале атдабанского веков, начали активно строить рифы губки археоциаты, а позже появились трилобиты —крупные и подвижные хищники с толстым скелетом. Некоторые трилобиты ползали по дну, а некоторые - активно плавали.
Сибирская платформа в этой истории особенно удобна для изучения. Её раннекембрийские морские отложения хорошо сохраняют и геохимию, и ископаемые остатки, а само Сибирское море тогда находилось в тропическом поясе и было огромной мелководной системой. Именно здесь сосредоточилась почти половина скелетных видов, живших в первую половину раннекембрийской эпохи. Благодаря этому исследователи смогли не просто отдельно посмотреть на химию и отдельно на фауну, а сопоставить их в одном и том же материале, что для такой древней эпохи — редкая удача.
Так что, в те времена даже жизнь в океанах была тем ещё испытанием для первых животных. Кислород то поднимался, то снова проседал, и в зависимости от этого морская жизнь успевала приспосабливаться и расселяться на новые места. Так что ранние животные, похоже, научились пользоваться привычным нам газом не в идеальных условиях, а в мире, где он был дефицитным и капризным ресурсом. Всё же, биомасса водорослей (и вообще фотосинтезирующих организмов) тогда была намного, намного меньше, чем сейчас.
По материалам
- Ruaridh D. Alexander, Andrey Yu. Zhuravlev, Fred T. Bowyer, Laetitia Pichevin, Simon W. Poulton, Artem Kouchinsky, Rachel Wood. Low oxygen but dynamic marine redox conditions permitted the Cambrian Radiation // Science Advances. 2025. DOI: 10.1126/sci.ads2846.