Массовые вымирания оказались связаны с удушьем
Природа кембрийского периода мало походила на нашу. Наземных форм жизни еще не было, по крайней мере — многоклеточных. Жизнь была сосредоточена в морях, которые тоже были малопохожи на современные — в них преобладали мелководья. Якутия находилась в тропиках, там было явно теплее, чем сейчас. Изрядная ее часть была покрыта мелким морем, в котором кипела жизнь.
По традиционным представлениям, результатом деятельности фотосинтезирующих организмов было постепенное повышение доли молекулярного кислорода в воздухе и, соответственно, в воде. Примерно к кембрию оно стало сопоставимо с современным (хотя и меньше), что и повлекло «кембрийский взрыв» — более-менее одновременное появление в палеонтологической летописи многоклеточных животных почти всех существующих ныне типов.
Как выясняется, этот процесс был куда более драматичным и прерывистым, чем можно было бы подумать.
«Ленские столбы скалы на реке Алдане превратились в Мекку и своего рода мировую полевую лабораторию палеонтологов и геохимиков. В 2008 году во время проведения международной геологической экскурсии китайские и российские специалисты здесь отобрали образцы карбонатов, послужившие основой для настоящего исследования», — рассказывает один из авторов исследования, профессор кафедры биологической эволюции МГУ Андрей Журавлёв.
Каждый из отобранных слоёв учёные документировали и изучили в них соотношение стабильных изотопов серы (34S/32S) и углерода (13С/12С). Многие элементы в природе представлены несколькими стабильными изотопами. Стабильными изотопами обладают также и важные биогенные элементы: азот, кислород, углерод и сера. Живые организмы, как правило, потребляют из среды более лёгкие изотопы. Из-за этого происходит фракционирование изотопов: в безжизненной среде тяжёлых изотопов будет меньше, чем в густонаселённой. И тяжелые изотопы оказываются заточёнными в кристаллических решетках минералов навечно.
«Результат работы водорослей и различных микробов выражается в виде волнообразных изотопных кривых. Для раннекембрийской эпохи многочисленные изотопные циклы углерода и серы неожиданно оказались синхронными, — поясняет Андрей Журавлёв. — Такая единовременность позитивных и негативных изотопных сдвигов возможна лишь при синхронном окислении органического вещества и восстановлении сульфидов до сульфатов микроорганизмами. И оба этих процесса требуют существенных объёмов кислорода».
Ученые пересчитали данные по изотопам серы и углерода в концентрацию кислорода в среде. Таким образом, были впервые вычислены темпы поступления кислорода в атмосферу и верхние слои водной толщи для столь давних времён. Тогда они составляли от 5x1012 до 12,5х1012 молей (1 моль газа при атмосферном давлении — 22.4 л) в год. По уровню сульфатов в морской воде, не превышавшему 7 миллимолей на литр (сегодня 28-29 ммоль/л), исследователи определили, что содержание растворённого кислорода в кембрийском океане было даже в самые лучшие времена вчетверо ниже, чем сейчас.
«Выход кислорода не повышался постоянно в течение всего кембрийского периода, а колебался в этих пределах. Соответственно, и рост разнообразия скелетных животных не был стремительным и постоянным, а перемежался с интервалами медленного роста разнообразия и даже с массовыми вымираниями. Эти циклы в росте разнообразия животных были известны и раньше (и в первую очередь на примере сибирских геологических разрезов, где скелетные остатки особенно многочисленны – этими подсчётами также занимался палеонтолог из МГУ), но теперь стало ясно, что пики разнообразия приходятся на интервалы с высокими темпами поступления кислорода и наоборот. А самое массовое из кембрийских вымираний, сопоставимое по своей значимости для эволюции жизни на Земле с пермско-триасовым и мел-палеогеновым, пришлось на время (514 млн лет назад), когда кислорода вновь почти не стало», — заключает Андрей Журавлёв.
Ознакомиться с подробностями можно в статье, опубликованной в Nature Geoscience.