Экстремальные колебания уровня кислорода в атмосфере соответствовали эволюционным всплескам и исчезновениям биоразнообразия животных во время кембрийского взрыва, говорится в новом исследовании, проведенном UCL и Университетом Лидса.
Кембрийский взрыв был решающим периодом быстрой эволюции сложных животных, которая началась примерно 540 миллионов лет назад. Спусковой крючок для этой фундаментальной фазы в ранней истории жизни животных является предметом продолжающихся биологических дебатов.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience учеными из Великобритании, Китая и России, убедительно подтверждает теорию о том, что содержание кислорода в атмосфере было основным контролирующим фактором в эволюции животных.
Исследование впервые показало, что во время кембрийского взрыва существовала значительная корреляция между скачками уровня кислорода и всплесками эволюции животных и биоразнообразия, а также событиями вымирания в периоды низкого содержания кислорода.
Доктор Тяньчен Хе, ведущий автор исследования и научный сотрудник Университета Лидса, начал это исследование, будучи в Калифорнийском университете. Он сказал: «Сложные существа, появившиеся во время кембрийского взрыва, были предшественниками многих современных животных, которых мы видим сегодня. Но поскольку нет прямых данных об атмосферном кислороде в этот период, было трудно определить, какие факторы могли положили начало этому решающему этапу эволюции.
Анализируя изотопы углерода и серы, обнаруженные в древних горных породах, мы можем проследить изменения содержания кислорода в атмосфере Земли и на мелководье океанов во время Кембрийского взрыва. При сравнении с окаменелыми животными того же времени мы ясно видим, что эволюционное излучение следует схеме «бум и спад» в тандеме с уровнями кислорода.
"Это убедительно свидетельствует о том, что кислород играл жизненно важную роль в появлении ранней жизни животных."
Соавтор исследования, профессор Грэм Шилдс из Калифорнийского университета в области наук о Земле, сказал: «Это первое исследование, которое ясно показывает, что наши самые ранние предки-животные испытали ряд эволюционных излучений и узких мест, вызванных резкими изменениями уровня кислорода в атмосфере.
"Результатом стал настоящий взрыв новых форм животных в течение более чем 13 миллионов лет кембрийского периода. За это время Земля прошла путь от населенной простыми, одноклеточными и неподвижными организмами до удивительного разнообразия сложных, энергичных форм жизни, которые мы видим сегодня."
Команда проанализировала изотопы углерода и серы в образцах морского карбоната, собранных в разрезах вдоль рек Алдан и Лена в Сибири. Во время кембрийского взрыва эта область была мелководным морем и домом для большинства животных на Земле.
Нижнекембрийские отложения в Сибири состоят из сплошного известняка с богатой летописью окаменелостей и надежными возрастными ограничениями, что обеспечивает подходящие образцы для геохимического анализа. Изотопные сигнатуры в горных породах связаны с глобальным производством кислорода, что позволяет команде определить уровни кислорода, присутствующие на мелководье океана и в атмосфере в кембрийский период..
Соавтор исследования доктор Бенджамин Миллс из Школы Земли и окружающей среды в Лидсе сказал: «Сибирская платформа дает нам уникальное окно в ранние морские экосистемы. Эта область содержит более половины всего известного в настоящее время окаменелого разнообразия. от кембрийского взрыва.
"Объединение наших изотопных измерений с математической моделью позволяет нам отслеживать импульсы углерода и серы, поступающие в отложения в этой критической эволюционной колыбели. Наша модель использует эту информацию для оценки глобального баланса производства и разрушения кислорода, что дает нам новое понимание того, как кислород сформировал жизнь, которую мы имеем на планете сегодня."
Соавтор исследования Маоян Чжу из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук сказал: «Понимание того, что спровоцировало кембрийский взрыв, требует междисциплинарного исследования. NERC и NSFC в прошлые годы. Я так взволнован результатами этого совместного проекта."
"С другой стороны, чтобы получить этот результат, потребовалось много времени. Мы уже получили образцы из Сибири в 2008 году. Разрезы в Сибири труднодоступны. Нам потребовалось время, чтобы организовать экспедицию и собрать образцы там. Без поддержки российских коллег мы не смогли бы сделать проект."
Соавтор исследования Андрей Ю. Журавлев из Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова сказал: «Это было невероятно успешное и захватывающее совместное исследование. Вопрос о том, что спровоцировало кембрийский взрыв, озадачивал ученых в течение многих лет. Теперь результаты дают нам убедительные доказательства связи быстрого появления животных, а также массового вымирания в раннем кембрии с кислородом».