Небольшое изменение уровня кислорода на Земле могло вызвать огромный эволюционный скачок
Новое исследование предоставляет самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что кембрийский взрыв — быстрый всплеск эволюции 540 миллионов лет назад — мог быть спровоцирован лишь небольшим повышением уровня кислорода в атмосфере Земли и мелководных зонах океана.
Исследование, опубликованное в Nature Geoscience, объединяет данные международного консорциума учёных и показывает, что незначительного увеличения содержания кислорода могло быть достаточно для запуска крупных эволюционных скачков, наблюдаемых в летописи окаменелостей.
Ведущий автор, палеобиолог доктор Ричард Стоки, отмечает: «Кембрийский взрыв был замечательным периодом быстрой диверсификации жизни на Земле... Затем, за 20 или 30 миллионов лет — геологическое мгновение, — мы видим появление множества странных и сложных существ с новыми планами строения тела».
Достаточно кислорода
Десятилетиями учёные предполагали, что взрыв был вызван резким ростом атмосферного кислорода, приблизившим его уровень в древнем океане к современному. Однако доказательства были разрозненными и противоречивыми.
Проведя комплексный анализ данных в большом масштабе, исследователи выявили лишь небольшое увеличение атмосферного кислорода во время кембрийского взрыва.
«Кембрийским животным, вероятно, не требовалось столько кислорода, как считалось ранее. Мы обнаружили незначительное повышение оксигенации, достаточное для запуска крупных экологических изменений», — говорит старший автор Эрик Сперлинг.
Большинство животных обитало тогда на мелководье, где перемешивание воды ветром и волнами насыщало её кислородом, даже если глубинный океан оставался бескислородным.
Исследователи также обнаружили, что уровень кислорода в глубоком океане приблизился к современному лишь около 400 миллионов лет назад, спустя примерно 140 миллионов лет после кембрийского взрыва — гораздо позже, чем считалось.
Поиск ответов в породах
Чтобы изучить изменения кислорода за 700 миллионов лет истории Земли, учёные проанализировали данные об уровнях урана и молибдена в чёрных сланцах — осадочных породах, формирующихся в бескислородных условиях на дне древних океанов. Концентрация этих металлов указывает на прошлый уровень кислорода.
Предыдущие исследования отмечали рост содержания микроэлементов в сланцах во время кембрийского взрыва, но они основывались на данных с отдельных участков. Используя статистические методы и машинное обучение, авторы новой работы проанализировали данные в гораздо большем масштабе.
«Мы обнаружили, что изменения органического углерода в чёрных сланцах обусловили многие изменения в микроэлементах... Лишь через 140 миллионов лет после взрыва, в девонском периоде, мы видим рост микроэлементов, указывающий на оксигенацию всего океана», — поясняет доктор Стоки.
Консорциум для анализа данных
Данные по сланцам были собраны в рамках Sedimentary Geochemistry and Paleoenvironments Project — первого в своей области исследовательского консорциума, который объединяет геохимические данные в стандартизированной базе для крупномасштабного анализа.
«Это совершенно иной подход... Нам нужно объединиться, чтобы анализировать данные вместе», — говорит Сперлинг, основавший консорциум в 2015 году.
Инструментарий анализа, разработанный для этой работы, может помочь в изучении не только древнего уровня кислорода, но и температуры, доступности пищи и других возможных драйверов ранней эволюции.
«Чтобы использовать силу современных подходов к анализу данных, особенно для геологической информации, нам всем нужно говорить на одном языке. Этот подход, основанный на данных и сотрудничестве, позволяет нам с гораздо большей уверенностью реконструировать эволюцию Земли», — заключает доктор Стоки.