Со времен Чарлза Дарвина биологов крайне беспокоил кембрийский взрыв биоразнообразия: получалось, что множество сложных организмов почти одномоментно возникли из очень простых. Это казалось противоречащим естественному отбору. В новой научной работе ученые показали сходные события за полтора миллиарда лет до кембрийского взрыва.
Биота мелководного изолированного моря 2,1 миллиарда лет назад в представлении художника / © Wikimedia Commons
Исследователи из Кардиффского университета (Великобритания) проанализировали отложения возрастом 2,1 миллиарда лет из Габона. Они пришли к выводу, что столкновение континентов в этом районе в ту эпоху привело к образованию небольшого мелководного моря, из-за уникальных условий получившего большое насыщение кислородом и фосфором — аналогичное тому, что возникло для всей Земли примерно 0,6 миллиарда лет назад в эдиакарском периоде и позднее. Результатом событий давностью в два миллиарда лет стало возникновение своего рода оазиса довольно сложных форм жизни. Статья об этом опубликована в журнале Precambrian Research.
Жизнь на Земле возникла приблизительно четыре миллиарда лет назад, вскоре после образования самой планеты (4,5 миллиарда лет назад). Однако основную часть своей истории она была представлена главным образом малыми по размерам одноклеточными-прокариотами, лишенными клеточного ядра. Это резко отличало ее от жизни нашей эпохи, где доминируют (в том числе по массе) эукариоты, организмы с клеточным ядром.
Считается, что доминирование эукариот стало возможным только после миллиардов лет медленного накопления кислорода в земной атмосфере. Без него настолько сложные клетки энергетически тяжело «прокормить». Поэтому, как полагают многие биологи, где-то до эдиакарского периода появление сложной биоты было практически невозможно.
Авторы новой научной работы исследовали породы, относящиеся к району столкновения двух древних докембрийских континентальных платформ — кратонов Конго и Сан-Франсиско. Оказалось, в этом районе примерно 2,1 миллиарда лет назад произошло резкое изменение содержания углерода-13. Его концентрация снизилась, что характерно для быстрого роста биомассы. Живые организмы «склонны» к использованию самых легких атомов углерода — изотопа углерод-12, — поэтому падение содержания углерода-13 указывает на то, что в том районе процветала жизнь.
Одновременно с этим событием в древних породах зафиксировали рост концентрации фосфора. Авторы работы полагают, что он стал результатом усиленной вулканической и гидротермальной активности в регионе в момент столкновения древних континентальных платформ. Высокие температуры частично вернули в оборот фосфор из донных отложений, подняв его уровень.
В результате цианобактерии в этом регионе перешли в необычный для той эпохи режим быстрого размножения. Море, изолированное от океана сталкивающимися континентами, быстро «зацвело». Но, в отличие от современных условий, когда такое «цветение» ведет к падению содержания кислорода в толще вод, тогда все пошло наоборот. В атмосфере еще не было изобилия кислорода, зато фотосинтез цианобактерий привел к быстрому росту содержания кислорода в воде.
Свидетельствами таких событий ученые посчитали простые формы многоклеточной жизни, следами которых они полагают ряд окаменелостей (часть из них — на фото выше). Ранее в научной среде связь этих окаменелостей с жизнью ставили под сомнение, поскольку это довольно крупные объекты. Если принять их биологическую природу за факт, то получается, будто 2,1 миллиарда лет назад на Земле уже была сложная жизнь.
Исходя из новых данных, исследователи предложили считать, что эволюция сложной жизни на нашей планете протекала в два этапа. В первый, 2,1 миллиарда лет назад, рост концентрации кислорода в морской воде привел к первой эпохе относительно сложной жизни.
Однако изоляция местного моря от океана не могла длиться вечно, как и высокая концентрация фосфора, необходимая жизни для процветания. Когда эти факторы перестали работать, местная сложная жизнь должна была погибнуть. Вернуться к подобным формам биота планеты смогла лишь через полтора миллиарда лет, в эдиакарии и последующем кембрийском взрыве.
