Примерно 540 миллионов лет назад начался кембрийский взрыв, или кембрийская радиация — резкое увеличение морфологического и таксономического разнообразия многоклеточных организмов. Именно тогда появилось большинство современных типов животных.
Организмы, которые жили на Земле до кембрия, в большинстве своем не имели сложного пищеварительного тракта. Их отходы попадали в воду в виде мелкодисперсной или растворенной органики, забирали кислород при гниении и почти не достигали морского дна.
На смену этим животным пришли кембрийские обладатели сложных кишечников. Авторы статьи, опубликованной в журнале Trends in Ecology & Evolution, попытались выяснить, как на биосферу появлияло развитие пищеварительных трактов.
Исследователи из Германии и Австралии проанализировали эволюцию кишечника и систематизировали данные об ископаемых экскрементах — копролитах. Ученые составили базу данных из 36 палеонтологических местонахождений кембрийского периода возрастом от 538 до 494 миллионов лет.
Анализ помог выявить следующее. В самом начале кембрия кишечники животных представляли собой простые трубки, а их отходы сохранились лишь в виде микроскопических гранул. К середине кембрия у членистоногих развились пищеварительные железы. Это совпало с массовым появлением крупных копролитов, содержащих фрагменты раковин трилобитов и брахиопод, что прямо указывает на развитие дурофагии (поедания твердой пищи).
Как считают ученые, тяжелые копролиты быстро шли ко дну, доставляя в глубоководные зоны углерод, азот, фосфор и железо. В это время на дне жили биотурбаторы и детритофаги — животные, которые перекапывали дно и процеживали грунт, питались любой органикой, упавшей на дно: остатками водорослей, микробных матов, отмерших организмов. Вместе с этим они случайно поедали и отходы жизнедеятельности.
Когда кал стал богаче, донные жители стали питаться лучше. Они перекапывали дно еще больше, обогащали его кислородом, и это превратило шельф в богатую жизнью среду. Появились новые экологические ниши и специализации, например копрофагия.
Авторы исследования отметили, что точный процент вклада фекалий в общий объем органического углерода кембрийских океанов еще предстоит вычислить. Тем не менее обзор показал, что появление сквозного кишечника стало макроэкологическим сдвигом для всей биосферы. Экскременты связали поверхностные воды с океанским дном, выстроили новые пищевые цепи и сформировали новые сообщества живых организмов.