Небольшое изменение уровня кислорода могло привести к эволюционному взрыву
5 июля 2024 г.
Новое исследование доказывает, что кембрийский взрыв – всплеск эволюции 540 миллионов лет назад – мог быть вызван небольшим повышением уровня кислорода в атмосфере и воде. Работа опубликована в Nature Geoscience.
«Кембрийский взрыв был замечательным периодом, когда на Земле быстро расцвело многообразие жизни, – рассказал доктор Ричард Стоки из Саутгемптонского университета, ведущий автор исследования. – Прежде жизнь состояла из одноклеточных и небольших многоклеточных организмов. Затем в течение 20–30 миллионов лет, в геологическом смысле в мгновение ока, мы видим, как появляется разнообразие странных и сложных созданий с новым строением тел и такими особенностями, как минерализованные раковины, хватательные придатки и сложные органы чувств, такие как глаза».
Десятилетиями ученые выдвигали теорию о том, что кембрийский взрыв был вызван внезапным повышением содержания кислорода в атмосфере, в результате чего содержание кислорода в древнем океане приблизилось к современному. Но доказательства этого были разрозненными и, в некоторых случаях, противоречивыми.
Проведя всесторонний крупномасштабный анализ данных, исследователи выявили лишь небольшое увеличение содержания кислорода в атмосфере во время кембрийского взрыва.
«Животным кембрия, вероятно, требовалось не так много кислорода, как привыкли считать ученые. Мы обнаружили незначительное увеличение кислорода, которого достаточно, чтобы вызвать серьезные изменения в экологии», – говорит старший автор исследования Эрик Сперлинг, доцент Стэнфордской школы устойчивого развития Дорра.
В то время большинство животных обитало на мелководье, и перемешивание, вызванное ветром и волнами, должно было насытить его кислородом, даже если более глубокие слои океана оставались неизменными.
«Это увеличение содержания кислорода – небольшое, но этого может быть достаточно, чтобы преодолеть критический экологический порог, исходя из того, что мы наблюдаем в современных районах с естественным низким содержанием кислорода», – добавляет Эрик Сперлинг.
Исследователи также обнаружили доказательства того, что уровень кислорода в океанских глубинах не был близок к современному примерно до 140 миллионов лет после кембрийского взрыва – это намного позже, чем считалось ранее.
Ричард Стоки говорит: «С глобальной точки зрения, насыщение океанов кислородом до уровня, близкого к современному, началось около 400 миллионов лет назад, примерно в то время, когда на суше появились обширные леса».
Чтобы выяснить, как содержание кислорода изменилось за 700 миллионов лет истории Земли, исследователи изучили данные о содержании урана и молибдена в черных сланцах – осадочных породах, которые сформировались в условиях низкого содержания кислорода на дне древних океанов.
Эти металлы накапливаются в осадочных породах при низком содержании кислорода, поэтому их концентрация в черных сланцах указывает на уровень кислорода в древнем океане.
Предыдущие исследования отмечали повышенное содержание металлических микроэлементов в черных сланцах во время кембрийского взрыва, но они в основном были основаны на данных отдельных месторождений, где на концентрацию могут влиять локальные факторы.
Используя статистические методы и методы машинного обучения, исследователи проанализировали данные в гораздо большем объеме. Для оценки исторических уровней кислорода были использованы океанографические модели.
«Мы обнаружили, что изменения в содержании органического углерода в черных сланцах привели к значительным изменениям металлических микроэлементов, которое ученые наблюдают в течение последних 15–20 лет, – говорит доктор Стоки. – Только через 140 миллионов лет после кембрийского взрыва, в девонский период, мы видим, что количество металлических микроэлементов увеличивается со скоростью, которая свидетельствует о полном насыщении океана кислородом».
Данные о черных сланцах были собраны в рамках проекта «Геохимия осадочных пород и палеосреда» – первого в своем роде исследовательского консорциума, который объединяет геохимические данные в стандартизированную базу данных для крупномасштабного анализа. «Этот подход сильно отличается от того, которого мы придерживались в этой области раньше, – сказал Эрик Сперлинг, основавший консорциум в 2015 году. – Каждая отдельная группа, включая нашу, все еще проводит полевые исследования и фиксирует происходящее, но затем нам нужно собраться вместе и провести анализ».
Аналитический инструментарий, разработанный доктором Стоки, может помочь исследователям определить не только древний уровень кислорода, но и температуру, наличие пищи и другие потенциальные движущие факторы ранней эволюции. Члены консорциума также собирают и анализируют данные о периодах, которые недостаточно изучены.
Источник: Саутгемптонский университет.
Читайте также:
Метки: зарубежные исследования