Кембрийский взрыв: как мы начали дышать

Новое исследование, опубликованное недавно в Nature, совершает почти чудо. Мы очень мало знаем о том, как выглядела Земля в кембрийском периоде (543–490 млн лет назад). Мы не знаем, как проходили границы континентов. Мы не находим ископаемых растений из тех времен. Но тем не менее мы узнали: легкими планеты уже в те времена был живой ковер растений, покрывавший древние континенты.

Почему это так важно? Дело в том, что в самом начале кембрия на Земле случилось нечто удивительное — одновременно на всей планете, внезапно и в огромных количествах появились самые разнообразные многоклеточные животные. Палеонтологи называют этот момент кембрийским взрывом, взрывом жизни.

Ученых всю дорогу интересовало: что спровоцировало этот взрыв? Ведь начиная именно с этого момента организмы начали стремительно эволюционировать, что в конце концов привело к возникновению высших животных форм, включая человека.

На первый взгляд, загадки никакой нет: известно, что непосредственно перед кембрийским взрывом в атмосфере увеличилась концентрация кислорода — до этого на планете было просто нечем дышать. И тогда, и сегодня тот запас кислорода, который мы имеем, создан за счет процесса фотосинтеза. Растения, пользуясь энергией Солнца, постоянно выбивают молекулы кислорода из воды — те самые молекулы, которые в итоге наполняют наши легкие с каждым вдохом.

В период, предшествовавший кембрию (в геологии мы иногда называем его докембрийским, хотя есть и специальные названия), ~ 850–600 млн лет назад, был зафиксирован резкий скачок кислорода в атмосфере. Как это удалось установить? Я уже однажды писала про соотношения изотопов ¹³С/¹²С в природе. Дело в том, что растения усваивают не любой углерод — они предпочитают более легкий изотоп углерода ¹²С. Соответственно, если померить соотношение ¹³С/¹²С в осадочных горных породах, а они есть не что иное, как осадки океана, превратившиеся в камень, то можно кое-что понять о растительном покрове Земли. В период ~ 850–600 млн лет назад содержание легкого изотопа ¹²С достигло максимальных значений за всю историю планеты.

Значит, в это время произошла невиданная вспышка растительности, которая насытила атмосферу кислородом. Проблема состоит только в том, что остатков кембрийских растений никто никогда не находил: они плохо сохраняются. Какими же они были?

Ранее считалось, что это были водные растения — одноклеточные водоросли Мирового океана, а первый выход растений на сушу осуществился лишь 400 млн лет назад, уже после кембрийского взрыва. До этого времени, думали палеонтологи, континенты оставались голыми, безжизненными и неприветливыми. Значит, своим существованием кембрийские животные были обязаны фитопланктону — одноклеточным водорослям из океанов.

Именно эту догму опровергли американские ученые Paul Knauth и Martin Kennedy в последнем номере журнала Nature. Они смогли доказать: основную массу докембрийская растительность набрала на поверхности континентов, а не в океанах.

Доказательство, которое применили американцы, создано «на кончике пера». Какая была тогда конфигурация континентов — не знает никто, т.к. слишком мало свидетельств осталось. От океанических пород тоже осталось немного, и мы не знаем, какие камни раньше лежали у берега, а какие — посередине океанского дна.

По крайней мере — раньше не знали. Внимательно изучив изотопный состав некоторых образцов породы, ученые сообразили, что он очень похож на тот, который характерен для прибрежных морских и океанических зон, куда речные воды выносят континентальные биомассы и почвы: оказывается, следы этих процессов можно проследить спустя даже сотни миллионов лет по их изотопному составу. Растения суши усваивали углерод, отмирали, углерод при этом переходил в почвы, а почвы с континентов вымывались в океан и перерабатывались в горные породы.

Кстати, еще одним доказательством грандиозного увеличения кислорода в атмосфере также являются свидетельства обширного оледенения, произошедшего чуть позже вспышки растительности. По-видимому, оно было вызвано смещением баланса между углекислым газом и кислородом, в сторону увеличения последнего. Говоря иными словами — за счет ослабления всем нам печально известного парникового эффекта. Но это уже отдельный разговор.