Ископаемые записи говорят нам, что первые макроскопические животные появились на Земле около 575 миллионов лет назад. Двадцать четыре миллиона лет спустя разнообразие животных начало загадочным образом сокращаться, что привело к первому известному на Земле событию массового вымирания.
Ученые десятилетиями спорили о том, что могло вызвать это массовое вымирание во время так называемого «эдиакарско-кембрийского перехода». Некоторые считают, что причиной этого стало резкое снижение содержания растворенного кислорода в океане. Другие предполагают, что эти ранние животные были постепенно заменены новыми животными.
Точная причина остается неясной, отчасти потому, что так мало известно о химическом составе океанов Земли в те далекие времена.
Исследовательская группа, возглавляемая учеными из Университета штата Аризона и финансируемая НАСА и Национальным научным фондом, помогает разгадать эту тайну и понять, почему произошло это вымирание, что оно может рассказать нам о нашем происхождении и как появился мир, каким мы его знаем. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, было проведено аспирантом Школы исследования Земли и космоса АГУ Фейфей Чжаном под руководством преподавателя Ариэля Анбара и штатного научного сотрудника Стивена Романьелло..
Важность кислорода
Сегодня в большинстве океанов Земли в избытке присутствует кислород, жизненно важный компонент жизни. Но есть основания полагать, что во время массового вымирания произошла потеря растворенного кислорода в океанах Земли, эффект, называемый «морской аноксией»..
Чтобы лучше понять событие массового вымирания, исследовательская группа сосредоточилась на изучении этого эффекта. Они хотели определить не только, какая часть океана была бескислородной, когда животные начали сокращаться, но и способствовала ли морская аноксия упадку и, в конечном итоге, вымиранию первых животных.
Объединение геохимических данных и летописи окаменелостей Земли
Чтобы определить уровни морской аноксии и ее последствий, исследовательская группа использовала новый подход, объединив геохимические данные и летопись окаменелостей Земли, чтобы точно сопоставить эволюционные и экологические события.
Обычно ученые определяют уровень аноксии в океане, глядя на обилие пирита, широко известного как «золото дураков», и других элементов и минералов в древних грязевых породах. Но грязевые породы лишь дают ключ к пониманию того, что могло произойти в одном месте. Ученым необходимо исследовать десятки участков по всему миру, чтобы составить общую картину по глинистым породам.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала новый и более эффективный подход. Образцы горных пород морского известняка были отобраны в районе Трех ущелий (провинция Хубэй) Китайской Народной Республики. Эта область известна тем, что в ней находятся одни из лучших в мире образцов эдиакарского периода. Образцы горных пород для этого исследования были отложены на мелководье между 551 и 541 миллионами лет назад, и в них записаны изменения морской среды, которые произошли, когда они были отложены.
Вернувшись в лабораторию, команда измерила вариации изотопов урана в морском известняке, а затем интегрировала данные по изотопам урана и палеонтологические данные из того же набора пород. Как только данные были объединены, команда смогла ясно увидеть, что эпизод обширной морской аноксии совпал с упадком и последующим исчезновением ранних животных.
«Возможно, это было самое серьезное морское бескислородное явление за последние 550 миллионов лет», - говорит Чжан. «Математическое моделирование наших данных предполагает, что почти все морское дно было покрыто бескислородными водами в конце эдиакарского периода».
Есть ли в нашем будущем массовое вымирание?
Хотя наши океаны в настоящее время богаты кислородом, в последнее время наблюдается заметный рост аноксии в океане, который ученые связывают с изменением климата. Успехи в изучении древней морской аноксии, подобные этому, могут помочь нам понять и предсказать, что нас ждет впереди.
«Прошлое - наша лучшая лаборатория для понимания будущего, - говорит соавтор Анбар. Я ничего не понимаю в изменении климата, но то, что мы знаем, вызывает большую озабоченность».