Примерно 460-490 миллионов лет назад биоразнообразие на Земле резко возросло. Причину этого величайшего всплеска диверсификации в истории земных видов яростно оспаривают. Согласно новому исследованию, причиной всему стало похолодание.
Моря времен ордовика резко прибавили в числе видов / © Wikimedia Commons
Авторы работы в Nature Communications наложили результаты климатического и макроэкологического моделирования Земли 430-490 миллионов лет назад, чтобы прийти к выводу о том, что было причиной увеличения числа ископаемых видов в древних морях. При этом ученые пришли к достаточно контринтутивному выводу.
Они разбили период в 60 миллионов лет на 10 симулируемых зон и в результате моделирования сделали вывод о том, что по мере снижения земных температур планета перешла из пантропического — когда на ней даже у полюсов был тропический климат — к климатически разнообразному состоянию. В нем в более высоких широтах морская фауна должна была вынужденно отличаться от той, что встречается в более низких широтах.
По мнению ученых, это указывает на то, что охлаждение привело к созданию дополнительных экологических ниш для менее теплолюбивых видов, что и позволило их чиcлу заметно увеличиться. Они подкрепляют результаты этого моделирования отсылками к другим научным работам, где для ряда мелководных кембрийских бассейнов (до 490 миллионов лет назад) показана температура воды выше плюс 40, губительная для морской жизни, какой мы ее знаем сегодня.
Авторы работы сами отметили некоторые ее неоднозначные стороны. Во-первых, неочевидно, что морские виды полумиллиардной давности — при средних температурах Земли намного выше плюс 20 — были такими же неустойчивыми к теплу, как современные, возникшие при средних плюс 15. Исследователи попытались компенсировать это в модели, но об однозначном решении вопроса говорить сложно: изучить древних животных экспериментально невозможно.
Другая серьезная проблема: моделирование не включило изменения в концентрации кислорода на планете. Ученые мотивировали это ссылками на другие работы, показавшие, что уже 490 миллионов лет назад кислорода в воздухе было не так мало. Следовательно, постулировали они, кислород не мог быть причной вспышки видообразования в ордовикском периоде, 460-490 миллионов лет назад.
Слабое место такого предположения в том, что, согласно последним работам в этой области, как раз 460-490 миллионов лет назад концентрация кислорода в атмосфере дополнительно выросла на десятки процентов к базовому уровню (который был 490 миллионов лет назад, что видно на графике ниже).
Причиной этого «кислородного взрыва», судя по всему, была колонизация суши только что возникшими наземными растениями. В отличие от морских, у них значительно проще доступ к углекислому газу и от этого больше биомасса.
Достаточно очевидно, что столь резкое изменение условий могло сильно повлиять на биоразнообразие и без изменения климата в целом. Более того, по ряду предположений, само это изменение климата — похолодание ордовика — было вызвано тем, что быстрый фотосинтез наземных растений заметно снизил концентрацию СО2 в атмосфере, что и сделало глобальное похолодание неизбежным.
Комментарии
Одно другому не сильно мешает
Имеются ли ископаемые связующие звенья между этой вспышкой жизни и докембрийским временем? Во дни Дарвина таких звеньев не существовало. Он признавался: «На вопрос, почему мы не находим богатых ископаемыми отложений, относящихся к этим предполагаемым древнейшим периодам, предшествовавшим кембрийской системе, я не могу дать удовлетворительного ответа» . Иначе ли обстоит дело сегодня? Упомянув высказывание Дарвина о „внезапном появлении целых групп видов“, палеонтолог Альфред Ш. Ромер написал: «Ниже [кембрийского периода] находятся мощные отложения, в которых следовало бы ожидать присутствия предков кембрийских форм. Но мы не находим их; эти ранние слои почти полностью лишены всех признаков жизни, и можно было бы вполне сказать, что общая картина совместима с представлением о намеренном сотворении в начале кембрийского периода. „На вопрос, почему мы не находим богатых ископаемыми отложений, относящихся к этим предполагаемым древнейшим периодам, предшествовавшим кембрийской системе, я не могу дать удовлетворительного ответа“, — сказал Дарвин. Мы сегодня также не в состоянии дать его», — сказал Ромер
Со времен Дарвина эту проблему давно закрыли, открыв эдиакарскую биоту и проч. а с причинами взрыва в кембрии можно ознакомиться здесь: https://naked-science.ru/article/nakedscience/kislorodnye-gorki
Двойная опечаточка немного "спотыкает" - эдакарскую бмоту
"Причиной этого «кислородного взрыва», судя по всему, была колонизация суши только что возникшими наземными растениями" - вот это чрезвычайно громко (колонизация) сказано, поэтому сомительно. Хотя спирать ранние похолодания на кислород в последнее время стало модным.
Первые высшие растения появились в начале силура (т.е. 440 млн лет назад) и были полудохлыми полуводными сидельцами, какой там с них кислород, а значит и поглощение СО2? В то же время в статье пишут про период в основном, 460-490 млн лет назад - никаких сухопутных растений, тем более "колонизации ими суши", не было, ибо это начало и середина ордовика. Только низшие фотосинтезирующие водоросли и цианобактерии выделяли тогда кислород.
Но, допустим, таки росли на суше. Максимум распространения первых сухопутных растений - граница наличия жидкой или капельной воды на суше. То есть по берегам водоемов и чуток дальше, куда доходили регулярные дожди. То были вымершие псилофиты, мхи и что-то типа травянистых папоротников. Даже возникшие позже густые девонские леса из споровых растений далеко от воды не простирались.
Да и сейчас 80% кислорода в атмосферу попадает из воды благодаря водорослям, хотя суша по-настоящему "колонизирована" семенными растениями с мезозоя.
" вот это чрезвычайно громко (колонизация) сказано"
Ну, это не мною сказано, поэтому и вопросы не ко мне, а к палеоботаникам. (Therefore, vascular plants were widely distributed on land during the Ordovician-Silurian transition (~444 million years), long before the earliest reported vascular plant fossil, Cooksonia (~430 million years).... Colonization of the land by plants most likely occurred in a stepwise fashion starting in the Mid-Ordovician. The earliest flora of bryophyte-like plants appears to have been cosmopolitan and dominated the planet, relatively unchanged, for some 30 million years. It is represented by fossilized dispersed cryptospores and fragmentary plant remains.)
"Первые высшие растения появились в начале силура (т.е. 440 млн лет назад)"
Высшие -- да. А вот колонизация суши растениями предполагается все же на десятки миллионов лет раньше. Понятно, что это не были леса, но и печеночные мхи вполне фотосинтезируют.
Про колонизацию в статье вопросы были разумеется не к вам, но в комментарии про неё уже ваши слова.
Печеночные мхи - тоже высшие, только среди них есть и низшие, которые вообще погоду никак не делали. Ни тогда, ни сейчас. И это далеко не первые наземные растения.
Про 440 млн лет - это я ещё за уши притянул несколько десятков. Ибо, далее цитата по вики: "древнейшее известное наземное растение — куксония. Обнаружена в силурийских песчаниках Шотландии (возраст порядка 415 млн лет)". Посмотрите на картинку куксонии и станет понятно, что эта чахласть не могла изменить климат, уж тем более 490-460 млн лет назад, когда ее просто ещё не было.
Настоящая колонизация суши была в карбоне, 300-350 млн лет назад, когда леса так разбушевались, что не успевали перерабатываться наземными редуцентами и образовывали залежи каменного угля, а кислорода было столько, что в тех лесах летали 2-метровые насекомые. Уровень его в атмосфере был 30%, СО2 упал до 0,4% при средней температуре 22 градуса - как видим, никакого жесткого похолодания, хотя и "кислородный взрыв", и тотальное падение СО2, в котором "виновата" именно наземная флора, налицо.
В этом и проблема статьи - там всё как-то напрочь перемешано, а главное даты и ключевые события не совпадают. И не учтён явно какой-то важный фактор, поэтому обоснования похолодания выглядят притянутым за уши, даже наземные растения, которых тогда и в помине не было.
Есть ещё 1 вариант - везде пишут неправильно, а в статье правильно. На это можно ответить поговоркой, где "все вокруг г..., лишь я один воздушный шарик")
"Ибо, далее цитата по вики: "древнейшее известное наземное растение — куксония. Обнаружена в силурийских песчаниках Шотландии (возраст порядка 415 млн лет)"."
Я не знаю, что пишут, в вики, но в научные работах пишут то, что я уже процитировал -- средний ордовик -- к началу силура уже массово. Therefore, vascular plants were widely distributed on land during the Ordovician-Silurian transition (~444 million years), long before the earliest reported vascular plant fossil, Cooksonia (~430 million years).... Colonization of the land by plants most likely occurred in a stepwise fashion starting in the Mid-Ordovician. The earliest flora of bryophyte-like plants appears to have been cosmopolitan and dominated the planet, relatively unchanged, for some 30 million years. It is represented by fossilized dispersed cryptospores and fragmentary plant remains.
И это не выводы авторов работы, это из других работ. Они лишь ссылаются на чужие тайминги, сами не палеоботаники.
То, что одновременно резко выросла концентрация кислорода -- вряд ли совпадение.
У нас видимо разные википедии потому что вашу цитату в своей википедии я не нахожу, зато нахожу другие :
"Куксонии не были пионерами суши[6]. До них скалы и пески древних континентов покрывали слоистые поселения бактерий — бактериальные маты, а также лишайники, грибы и водоросли, которые подготовили примитивную почву для первых наземных растений."
"Куксонии были по сравнению с другими представителями флоры того времени очень развитыми организмами."
"вашу цитату в своей википедии я не нахожу, зато нахожу другие :"
В этой же статье чуть выше про неё. Если говорить про "пионеров суши", коими как раз и является вся эта перечисленная вами ботва, то надо с архея начинать - там и бактериальные маты и лишайники протерозоя с грибами, археи и т.д. Но это такие же "пионеры" суши, как сейчас двоякодышащие и некоторые лучеперые рыбы - да, на сушу они выходят, даже переползают из водоёма в водоём, но без жидкой воды всё равно жить не могут. Место всем этим пионерам - литораль и зона постоянных дождей на суше. Всё. Про куксонию и не пишут, что сухопутный "пионер", а как древнейшее сухопутное растение - постоянно живущее на суше, но от воды абсолютно зависящее, главное - высшее растение, а уже не низшее. И ещё главнее - найденное в окаменелостях, древнее некуда.
"Согласно выполненным расчетам, именно мох произвел примерно 30 % кислорода около 445 млн лет назад. По мере разрастания эти первые наземные растения увеличивали количество органического углерода в осадочных породах, и расширяющийся растительный покров все больше насыщал воздух кислородом.
«Наше исследование показало, что самые ранние наземные растения были на удивление продуктивными и значительно повысили содержание кислорода в атмосфере Земли. Только подумайте, никого из нас не было бы здесь сегодня, если бы не мох!» — заключил Тим Лентон, соавтор работы из Эксетерского университета Англии.
Статья об исследовании опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences."
Куксония вообще ни причем получается. Климат изменили ее более чахлые предки.
Про мох в PNAS - это фантазии (гипотеза) и моделирования, ничем не подверждённые, кроме фоссилизированных спор. Цитируйте уж тогда и об этом.
Если бы мхи производили столько кислорода на суше, были бы давно найдены огромные залежи их окаменелостей (чёрные, бурые угли, сланцы, образованные ими). Но ничего из этого в той статье не приводится. 445 млн лет назад их не было и быть не могло, потому что той же куксонии, от общих предков с ней и произошли мхи, скорее всего даже в проекте не было.
А потом эти фантазии взяли и растиражировали, как про зеленую фотосинтезирующую улитку в своё время.
Спорное утверждение вырванное из контекста. В океане углерод эффективней захоранивается чем на суше, а не вырабатывается больше кислорода. На суше углерод лишь в высоких широтах захоранивается, большая часть биомассы суши работает в ноль в части освобождения кислорода. Но так было не всегда и в описываемый период и много позже наземные растения были намного эффективней, залежи угля тому в пример. Так то биомасса суши в десятки раз больше биомассы океанов и кислорода вырабатывает в разы больше, утверждение верно только в контексте баланса СО2 и О2 и применительно к нашим дням.
Там никакого контекста не было, это давно доказанный факт, про наши дни и была речь.
А вот фотосинтез наземных растений в середине ордовика чушь собачья. Посмотрите на тогдашнее распределение материков. БОльшая часть суши находится в низких широтах, где по пол года либо фотосинтеза нет, либо никак не "30% всего кислорода". Ну и наконец, О2 из океана выделятся сильно больше потому что объём воды, на глубинах которой может идти фотосинтез (до 500 м) просто огромный по сравнению с двумерным пространством на суше, которая далеко не везде покрыта растениями, вырабатывающих О2 в высоких количествах. Так что дело вообще не в биомассе.
И последнее, если в статье обяъсняют похолодание ордовика "взрывом О2 и поглощением СО2", т.е. соответственно 20% и 6% их в атмосфере при средней температуре ордовика 20 градусов, то почему похолодания нет в карбоне, когда их, соответственно, стало 30% и 0,4% при средней же температуре 22 градуса? Более того, при увеличении О2 и тотальном уменьшении СО2, в карбоне даже на пару градусов, как видим, потеплело!
Нет ли тут влияния лучшей растворимости кислорода в холодной воде?
Падение глобальных температур в ходе того похолодания было порядка нескольких градусов. Если температура поверхности моря поменялась на ту же величину, то содержание кислорода в воде по тем же причинам выросло примерно на 10%. Это меньше, чем изменение концентрации кислорода в воздухе для той же эпохи -- см. третий график.
Вообще, тут интересно сравнения с нашими днями: воды у Северном Ледовитом холоднее поверхностных вод экватора на десятки градусов, то есть разница по уровню кислорода в полтора раза и более. Однако в Баренцевом море на порядки меньше видов, чем у экватора.
А какой размер биомассы на единицу площади в тёплых водах и где-нибудь в Охотском?
Примерно вот так.
Т.е., зависимость больше, видимо, от стока питательных веществ из крупных рек для фитопланктона.
C одной стороны -- все так. С другой -- сток рек в кубокилометрах может быть высоким только в хотя бы относительно теплой местности.
Нет, не совсем так. Посмотрите за западные побережья Северной и Южной америк, Африки. При максимуме биомассы там практически нет крупных рек, более того - даже пустыни или горы. Потому что питательные вещества (в основном фосфаты) выносятся не с суши, а поднимаются со дна океанов и глубоководья холодными течениями из термоклинов. Это главная причина увеличения биомассы.
В ряде случаев (Конго и т.д.) картина все же сложнее. Там пики биомассы наблюдаются над глубокими зонами -- но в "шлейфе" от сброса вод рекой. Но апвеллинг, безусловно, свою роль играет, да.
Конго не лучший пример для этого. Во-первых, речные воды априори лишены каких-либо питательных веществ в достаточном количестве. Но деятельность человека приводит к их эвтрофикации, насыщению удобрениями с полей. Это характерно для богатых стран, как Китай. На востоке Китая вообще нет никаких значимых течений, зато огромная продуктивность биомассы, потому что всё загажено из рек Хуанхэ, Янцзы, да и Южная Корея хорошо туда "поддаёт". Аналогично с северными побережьями Европы и Мексиканского залива.
То что воспринимается как "шлейф" от сброса рекой Конго - тот же апвеллинг холодного, с юга на север Бенгальского течения. Река же течет через беднейшие страны, в ней нет большого количества питательных веществ от деятельности человека, да и впадает она в океан севернее начала "шлейфа".
Кстати как раз и замечание по статье - раз уж авторы обяъясняют похолодание "кислородным взрывом", то делать это надо бы не моделями распространения несуществующих тогда сухопутных растений, ссылаясь на другие такие же надуманные модели, а подводными тектоническими процессами, изменением схемы существующих в то время течений и заносом ими питательных веществ в верхние горизонты морей, доступные для тогдашних фотосинтетиков. Но опять же, О2 таким образом просто натянут на глобус как сова, зато хоть с какими-никакими правдоподобными обоснованиями.
"нго не лучший пример для этого. Во-первых, речные воды априори лишены каких-либо питательных веществ в достаточном количестве"
В научных работах есть и совсем иные точки зрения на этот счет:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abe11a/pdf
https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.4319/lo.2013.58.4.1481
и т.д.