Кембрийский взрыв: как мы начали дышать

Кислород, наполнивший атмосферу полмиллиарда лет назад, был сделан совсем не океанским планктоном. Ученые доказали: легкими планеты уже в те времена был живой ковер растений, покрывший древние континенты

Фото: Photoresearch/Fotolink
Фото: Photoresearch/Fotolink
+T -
Поделиться:

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.

Комментировать Всего 33 комментария

Евгения, спасибо за очередную интересную статью. У меня в связи с ней возник вопрос - что было первично - появление кислорода из неорганики (и потом живые организмы приспособились им дышать, а растения - дышать и выделять в процессе фотосинтеза) или фотосинтез растений, который дал другим живым организмам кислород как основу для жизни?

Спасибо за ваш интерес :)

фотосинтез растений был первичен. До фотосинтеза в атмосфере кислорода было очень мало, в отличие от других газов, он почти не выделяется в результате неорганических процессов.

А для возникновения той многоклеточной животной жизни, которую мы сейчас на Земле имеем, кислород был совершенно необходим. То есть этот момент - Кембрийский взрыв и предшествовавшее ему насыщение атмосферы кислородом - является самым настоящим поворотным пунктом, даже можно сказать точкой отсчета в эволюции.

Тем не менее ученые, ищущие жизнь вне земли, не ставят кислород в ряд элементов, обязательных для возникновения жизни.

Давайте обсудим это поподробнее :)

Жизнь это ведь не только животные многоклеточные организмы, это и различные АНАЭРОБНЫЕ бактерии, которые в принципе не нуждаются в кислороде.

Я говорю о той жизни, которую мы вокруг себя видим. А она началась вот именно с этого момента. Там есть еще одна фишка - в этот момент животные начали строить карбонатный скелет, до этого скелетных форм не было.

На других планетах ищут так называемых экстремофилов - это живые организмы, живущие без кислорода в агрессивной среде (например, в кислотной или при очень низких температурах). Правда, экстремофилы - не высокоразвитые существа, не думаю, что в случае обнаружения их на другой планете, у нас получится вступить с ними в контакт по причине их примитивности

Все именно так как вы пишите :)))

На нашей планете тоже есть экстремофилы. Все они - бактерии. Какой уж тут разумный контакт :)

а что же делают глубоководные животные?

Ну вот как раз после растений и появились морские многоклеточные животные. Им же тоже нужен кислород - растворенный в воде.

:)

на 2км глубины кислород не растворяется в воде... а у этих рыб в плавательном пузыре чистый кислород... а карбонаты - это основной источник активности воды в живых системах

А можно спросить: как Вы узнали, что на глубине 2 км кислород не растворяется в воде?

по поводу воды посмотрите хотя бы  джерри поллака...чтобы было понятно, о чем я пытаюсь сказать....  а остальное вас не интересует?

Меня интересует все что Вы говорите! :)

Но можно ли попросить Вас - для наших читателей - объяснить прямо тут: как работы Поллока помогают опровергнуть мнение океанологов (основанное на простых измерениях), что кислород прекрасно растворяется в воде на глубине 2 км?

Вода в океане постоянно перемешивается. Посмотрите генерализованную схему океанической циркуляции в моих лекциях.

Если по какой-либо причине циркуляция подавлена, наступают так называемые anoxic events - обеднение вод кислородом. В палеонтологии они хорошо известны, т.к. приводят к вымираниям.

жень - продуть аквариум с поверхности еще никому не удавалось   у кислорода в глубине должна быть другая история...

Анатолий, океан - это не аквариум. В океане есть течения.

и в аквариуме тоже... а насытить кислородом можно либо продувая от дна, либо весь объем активацией перекисью, например...

Анатолий, мне кажется, что дело в том, что вам нравится теория Поллака и вы ее хотите обсудить. Давайте обсудим - я не против. Я всегда готова к диалогу.

жень, посмотрите еще эмилио дель джюдичи

Стоп, какая у него история, если его там нет? Вы же сообщили нам, что кислород на такой глубине не растворим?

внимательно прочтите весь текст..  и про плавательный пузырь тоже... там нет азота , в отличие от рыб поверхностных слоев воды...он куда делся?

Как Вы думаете, есть ли еще какой-нибудь химический элемент или газ, к которому нам предстоит приспособиться в процессе эволюции, или который сыграет в ней ключевую роль, также как 500 миллионов лет назад сыграл кислород?

Это очень смелый вопрос :)))

Если честно - нет такого газа. Мы уже приспособились к кислороду. Мы такие какие мы есть и на такие огромные перестройки мы просто не способны.

Эволюция идет от простого к сложному. На этапе развититя одноклеточной жизни теоретически это было, наверное, возможно. Но потом организмы становились все более узкоспециализированными. В обратную сторону эволюция не идет.

Разве что, если кислород исчезнет, все на планете вымрет, останутся анаэробные бактерии и тогда от них (а не от нас) начнется новая ветвь эволюции. Страшная для нас перспектива.

Правильный ли я сделаю из этого вывод, если скажу, что отсутствие кислорода на других планетах говорит о том, что если и будет там найдена жизнь, то скорее всего она будет примитивной. А думаем мы так потому, что сами не знаем или не видели высокой формы жизни, не дышащей кислородом.

Сергей, не знаю, не буду чересчур спекулировать на эту тему, я не фантаст :)))

Ну конечно, Илья, такие бактерии существуют, но вопрос-то был о высших формах.

Женя, дышать железом - это только для Настоящих Мужчин!

Евгения Кандиано Комментарий удален

Игоря Мальцева - он же еще и секс-символ! то есть секс-блогер! Игорь, как повлияет на нашу личную жизнь использование железа для дыхания? Упражнение "Стальной вдох", а?

Илья, некоторые представители современной молодежи дышат клеем "Момент" - и ничего, живут как-то :)

живут только без мозга

Кстати, Сергей, статья, на которую Илья прислал ссылку ОЧЕНЬ интересная. Рекомендую :)