Кембрийский взрыв получил объяснение

Земля без кислорода

В самом начале истории Земли ее молодая атмосфера не содержала кислорода. Согласно геологическим и биологическим данным, первые экосистемы были анаэробными, в них могли существовать только прокариоты (доядерные организмы). Ситуация кардинально изменилась с появлением цианобактерий. В процессе фотосинтеза они выделяли кислород, который и поступал в атмосферу. Первые достаточно мощные сообщества ископаемых цианобактерий ученые обнаруживают в отложениях возрастом 2-2,5 млрд лет. По-видимому, в то время их было особенно много. Примерно 2,4 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере благодаря цианобактериям и утихающей вулканической активности составляло уже 5% от современного уровня (по некоторым расчетам -- даже 10-15%). Тогда на Земле наступил новый этап развития жизни.

Мировой океан тормозит

Правда, что происходило с химическим составом вод Мирового океана, пока непонятно. Долгое время существовала гипотеза, которую поддерживало большинство ученых. Она опирается на то, что в отложениях, образовавшихся 1,84 млрд лет назад, почти полностью исчезают железистые кварциты и магнетит. Это служит индикатором, правда, довольно грубым, наличия свободного кислорода в океане и окислительных условий. То есть гипотеза утверждала, что одновременно с насыщением атмосферы кислородом им насыщался и океан.

Ученые из университета Лэйкхэда (Канада) и университета Южной Дании под руководством доктора Симона Паултона (Simon W. Poulton) из Ньюкаслского университета изучали отложения группы Анимики в районе Великих озер. И пришли к выводу, что океан оставался бескислородным еще долгое время после того как 1,84 млрд лет назад кислород появился в атмосфере. По мнению Паултона, только более чем через миллиард лет, то есть 580 млн лет назад кислородом насытился и океан.

Океан, полный сульфидов

«Мы обнаружили, что только небольшой слой воды у поверхности содержал кислород. Глубже вся масса воды до самого дна была бескислородной и содержала большое количество токсичных сульфидов. Эти области располагались на расстоянии примерно 100 км от палеоматериков. Такие условия существенно тормозили эволюционное развитие организмов. Можно сказать, что эвкариоты (ядерные организмы) появились в океане на миллиард лет позже, чем считалось раньше», -- говорит доктор Паултон.

Жизнь стала стремительно развиваться, только когда 580 млн лет назад кислород проник в глубины океана. С этой точки зрения становится понятной и причина кембрийского взрыва – необыкновенного всплеска численности морских животных, который, как предполагают ученые, начался примерно 540 млн лет назад. До этого организмы ждали, пока их среда обитания насытится кислородом.

Исследование формаций Анимики

Чтобы сделать такие выводы, доктор Паултон изучил несколько мест, где встречаются отложения группы Анимики. Ученых интересовали значения окислительно-восстановительного потенциала среды, в которой они формировались. «Мы определяли окислительно-восстановительный потенциал отложений, которые датируются возрастом 1,88-1,83 млрд лет, по соотношению содержания лабильного железа к общему. Мы взяли за основу тот факт, что как современные, так и древние отложения, если формируются или находятся в бескислородных водах, то имеют соотношение активного железа к общему больше 0:38. Когда же в среде появляется кислород, то соотношение этих форм железа становится меньше. И для протерозоя эти значения составляют 0,14-0,08», -- пишет Паултон и его коллеги.

Теперь, по словам авторов, учитывая новые данные о химическом составе древнего океана, очень важно выяснить, какое это имело значение для организмов, как они развивались в такой среде.

Более подробно о химическом составе протерозойского океана можно прочитать в журнале Nature Geoscience.