​Родоначальники современных животных возникли на Земле 529 миллионов лет назад — они появились одновременно и настолько быстро, что этот феномен получил название кембрийского взрыва. Своим появлением животные создали биосферу современного типа.

В результате миллионов лет эволюции некоторые их потомки развились до человека. И теперь уже нашими руками в планетарном масштабе осуществляется новая глобальная перестройка биосферы.

​Как всё началось?

«По мнению одних исследователей, жизнь зародилась на нашей планете и постепенно эволюционировала. Я же придерживаюсь другой точки зрения, согласно которой биосфера в космосе возникла гораздо раньше, а Земля просто оказалась в так называемой “обитаемой зоне”. Жизнь была привнесена сюда вместе с кометами, метеоритами либо другими космическими телами»,— рассказывает заведующий лабораторией палеонтологии и стратиграфии докембрия ИНГГ СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Дмитрий Владимирович Гражданкин. Занесенные на Землю «элементы жизни» представляли собой самоорганизующиеся структуры, некое подобие клеток. И здесь у них было всего лишь два этапа развития, второй из которых гораздо меньше, чем первый. «Биосфере на Земле примерно четыре миллиарда лет. Из всего этого отрезка лишь последние 529 миллионов — это биосфера современного облика», — утверждает исследователь.

Если бы увидели Землю до кембрийского взрыва, то очень бы удивились — она выглядела совершенно иначе. В океане во взвешенном виде находились бактерии, из-за чего он был мутный, как испортившийся рассол. Его дно застилалось бактериальной пленкой — плотной, похожей на ткань зеленой слизью. Не существовало никакой биогеографической зональности, биосфера работала по совсем другим законам.

Всё изменилось, когда 529 миллионов лет назад впервые возник фитопланктон, который в настоящее время является основой всей биосферы. Именно он производит первичную продукцию и запускает пищевую цепочку (им питается зоопланктон, тем в свою очередь — рыбы, ими — хищные рыбы и так далее). Вслед за фитопланктоном появились организмы, роющиеся в осадке, — первые билатерии. Они обеспечивают круговорот питательных веществ, поскольку перерабатывают осадок и возвращают всю содержащуюся там органику в экосистему. Из первых билатерий развился зоопланктон — и полностью перекроил биосферу.

Билатерии — это двусторонне-симметричные многоклеточные организмы, характеризующиеся наличием переднезадней оси тела и систем органов. К ним относятся почти 99 % всех описанных видов животных.

​«Фактически был запущен механизм, который можно сравнить с гонкой вооружений: жертва всё время пытается обогнать хищника, а хищник находит всё более и более изощренные методы, как поймать жертву. Благодаря этому ускорились эволюционные темпы, — объясняет Дмитрий Гражданкин. — Убегая от зоопланктона, водоросли ушли в толщу воды. Хищник пошел за ними. Тогда у фитопланктона появились шипы (для того, чтобы не пролезать в рот нападающему), и зоопланктон начал эволюционировать дальше, стал придумывать способы, как хватать фитопланктон и как им питаться. Почему древние организмы начали рыться в осадке? Они искали новые источники пищи. Как только у живых существ появилась мускулатура, способность двигаться, они тут же стали осваивать новые экологические ниши. Таким образом, животные выступили спусковым крючком, изменившим биосферу. Можно сказать, что именно с границы кембрийского взрыва начинается наша летопись, потому что в это время появился общий предок, который потом приведет к нам, людям».

До кембрийского взрыва эволюция шла крайне медленно. Виды изменялись, но диапазон обитания одного вида был огромным — 300—400 миллионов лет, и за этот период не было ни одного вымирания. В то время как за последние 529 миллионов лет только крупных катастрофических вымираний, когда жизнь чуть не закончилась на нашей планете, произошло пять (и это не считая более мелких). Не исключено, что шестое такое вымирание происходит в настоящее время — оно вызвано антропогенным воздействием. 

​Где искать кембрийский взрыв?

«Смена биосфер произошла достаточно быстро, она имела глобальный характер — то есть на Земле изменилось всё и практически одновременно. Мы ищем в разрезах геологическую летопись, чтобы узнать, когда это произошло. И мне представляется, что мы ее нашли», — утверждает Дмитрий Гражданкин.

Одни из самых лучших геологических объектов, по которым был показан кембрийский взрыв биоразнообразия, — разрезы томмотского яруса, находящиеся на территории Сибирской платформы. Геологическая история Сибири на протяжении большей части геологического времени оставалась достаточно устойчивой, стабильной, здесь не было крупных тектонических событий, размывов, и это позволило сохранить летопись пород. 

Именно на основе данных сибирских разрезов советские ученые установили границы томмотского века, с которого началась кембрийская революция. Однако по политическим или каким-то иным причинам международное сообщество объявило, что сибирские разрезы не отвечают необходимым требованиям и не могут служить международными геологическими стандартами кембрия. Таким образом, эта проблематика на много лет была перенесена в совсем другую географическую точку — на канадский остров Ньюфаундленд, расположенный у северо-восточных берегов Северной Америки.

Но ученые СО РАН, совместно с коллегами из Мэрилендского университета (США), продолжили изучать томмотские разрезы. Со временем им удалось доказать: обвинения, высказанные в адрес данных, полученных советскими учеными, необоснованны, и эти разрезы по-прежнему являются лучшими для разработки международной стратиграфической шкалы. Результаты исследования изложены в статье Quo vadis, Tommotian?, недавно опубликованной в английском журнале Geological Magazine (2020, v. 157, p. 22—34), подготовленной по просьбе редакции журнала в честь 155-летней годовщины издательской деятельности.

Каким же требованиям должен отвечать разрез для изучения кембрийского взрыва? Во-первых, состоять не из обломочных пород, а из хемогенных осадков (выделившихся в результате химических и биохимических реакций) — например, карбонатных отложений. Это позволяет рассмотреть химическую летопись и установить, случались ли в изучаемом отрезке какие-то крупные океанографические события, такие как резкое падение содержания кислорода в океане или, наоборот, резкий привнос туда питательных веществ. Второе требование — присутствие в разрезе всех групп ископаемых организмов. Третьим критерием является наличие вулканических туфов (пеплов), которые благодаря содержащимся в них минералам — цирконам — позволяют определить возраст отложений с помощью уран-свинцового метода. Томмотские разрезы удовлетворяют всем этим требованиям. В участке разреза, где были найдены туфы возрастом 529 миллионов лет, ученые обнаружили первые признаки фитопланктона, зоопланктона и переработки осадков. «Мы можем видеть, как здесь экосистема стремительно преобразилась и стала похожа на знакомую нам», — рассказывает Дмитрий Гражданкин.

​​Разрезы на острове Ньюфаундленд, похоже, не годятся для того, чтобы строить по ним глобальную стратиграфическую шкалу — ученые не видят аналогов полученных в них записей в других разрезах. Возможно, там было что-то пропущено или произошло событие, которое имеет значение именно для этого локального места, но не для всей биосферы в целом.

Исследованное в томмотских разрезах изменение изотопного состава углерода (а именно: вариации в соотношении 12С и 13С) подтвердило установленное время кембрийского взрыва. «Цикл углерода глобален, он происходит в пределах всей биосферы, потому что постоянно осуществляется обмен между атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Если у нас произошло какое-то важное событие — например, резкое увеличение биоразнообразия, мы видим это в геологической летописи, — рассказывает ученый. — Живые организмы предпочитают использовать более легкий 12-й изотоп, и тогда он “изымается” из океанического резервуара углерода, а сам резервуар обогащается тяжелым 13-м изотопом. Такая резкая смена цикла углерода произошла 529 миллионов лет назад».

 

Обнажения томмотского яруса на Оленекском поднятии Сибирской платформы 

   Обнажения томмотского яруса на Оленекском поднятии Сибирской платформы

 

В разрезах на острове Ньюфаундленд следы кембрийского взрыва пытаются найти в гораздо более ранних слоях (это геологическое время называют фортунским веком). Сибирские ученые уверены: это только предпосылки глобального события, а само оно случилось позже. «Если продолжать использовать метафору кембрийского взрыва, то у него был свой фитиль. Этот фитиль подожгли, определенное время он горел, и только потом прогремел взрыв, — отмечает Дмитрий Гражданкин. — Именно взрыв является самым важным рубежом за всю историю биосферы. И поскольку он носит глобальный характер, теперь нам нужно показать его в других разрезах». 

​Грозит ли нам вторая агрономическая революция?

Второе имя кембрийского взрыва — агрономическая революция. Агрономия — это переработка почвы с целью сделать ее пригодной для наших нужд. «Первые билатерии подготовили экосистему для того, чтобы им было удобно в ней обитать. Можно сказать, они выступили первыми инженерами биосферы, — рассказывает ученый. — Пройдет еще 529 миллионов лет, прежде чем потомки этих билатерий изобретут двигатель внутреннего сгорания и заставят его вместо себя перерабатывать осадок — причем не только на Земле, но и на Марсе. Это называется второй агрономической революцией, и ее делаем мы, люди». 

​Не исключено, что именно сейчас биосфера переходит на следующий этап. И здесь движущим фактором выступает глобализация. Человек стирает естественные границы между странами, народами, биогеографическими провинциями. Как только возник транспорт, появились различные торговые связи. У нас теперь нет больших проблем с тем, чтобы перенести растение из одного региона в другой. Например, картошка — наш второй хлеб — стала частью российской диеты только со второй половины XVIII века. Она, так же как и многие другие продукты: кабачки, тыква, помидоры, — была привнесена в Европу из Южной Америки. Так же легко осваивают пространства животные, вирусы, бактерии. Что-то человек перевозит случайно, что-то распространяется только потому, что мы постоянно в движении. Корабль стоял в порту в Южном полушарии, на него осели личинки, а потом он снялся с якоря, пересек экватор, приплыл в Северное полушарие — и там появляется организм, которого раньше не знали. И как бы ни старалась Грета Тунберг, эти процессы уже не затормозить.

Во время кембрийского взрыва перестройка биосферы произошла по геологическим меркам очень быстро, буквально за несколько тысяч лет. Человек ее меняет уже на протяжении шести тысяч лет — с того момента, как начал заниматься сельским хозяйством. 

«Мы обеспокоены вымиранием. Сейчас все говорят, что мы можем потерять какие-то виды и их нужно сохранять. На самом деле не это страшно: виды вымирали и появлялись в геологической истории много раз. В некоторые эпохи уровень CO2 на Земле был гораздо выше, чем сейчас. Намного опасней, если биосфера перейдет на какой-то качественно новый уровень, который мы уже не в состоянии ни контролировать, ни изменить, — отмечает исследователь. — Чтобы быть готовыми к этому, нужно изучать геологическую летопись, смотреть, как биосфера выглядела раньше, по каким законам она функционировала. Латынь Quo Vadis..? в названии нашей статьи переводится как «Куда идешь..?» и отсылает читателя к событиям Тайной вечери (этот вопрос апостол Пётр адресовал Христу). Задаваясь вопросом, в правильном ли направлении продвигается изучение томмотского яруса, мы также предлагаем читателю задуматься, правильно ли человечество оценивает свои действия по изменению биосферы? Редакторы журнала просили нас охарактеризовать проблему в целом, порассуждать, будет ли она волновать человечество через 155 лет? Ответ на этот вопрос: конечно же, да, загадка кембрийского взрыва по-прежнему будет оставаться современной». 

​Диана Хомякова

Фото предоставлены Дмитрием Гражданкиным


Источники

Куда идешь, томмотский век?
Наука в Сибири (sbras.info), 15/01/2020
Сибирские ученые изучают перестройку биосферы
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 15/01/2020
Сибирские ученые изучают перестройку биосферы
Seldon.News (news.myseldon.com), 15/01/2020
Сибирские и американские ученые подтвердили, что современная биосфера Земли начала развиваться 529 млн лет назад
Seldon.News (news.myseldon.com), 15/01/2020
Ученые из Сибири и США установили, когда у Земли появилась биосфера
Российская газета. СФО (rg.ru), 15/01/2020
Ученые из Сибири и США установили, когда у Земли появилась биосфера
Новости@Rambler.ru, 15/01/2020
Сибирские ученые выяснили время появления биосферы у Земли
Sibnet.ru, 16/01/2020
Сибирские ученые изучают перестройку биосферы
БезФормата Новосибирск (novosibirsk.bezformata.com), 15/01/2020
Куда идешь, томмотский век?
Новости сибирской науки (sib-science.info), 15/01/2020
Это интересно. Сибирские ученые изучают перестройку биосферы
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 16/01/2020
Границы кембрийского взрыва предложили провести по сибирским отложениям
Индикатор (indicator.ru), 16/01/2020
Границы кембрийского взрыва предложили провести по сибирским отложениям
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/01/2020
Сибирские ученые изучают перестройку биосферы: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 16/01/2020
Сибирские и ученные из США назвали время "кембрийского взрыва"
Vevby.ru, 16/01/2020
Ученые доказали: биосфера Земли начала развиваться 529 миллионов лет назад
Газета Кемерова (gazeta.a42.ru), 16/01/2020
Сибирские ученые изучают перестройку биосферы
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 16/01/2020
Ученые доказали: биосфера Земли начала развиваться 529 миллионов лет назад
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/01/2020
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 16/01/2020
Удар из космоса
Учительская газета (ug.ru), 09/06/2020
Удар из космоса
Учительская газета, 09/06/2020

Похожие новости

  • 17/12/2018

    В ИНГГ СО РАН изучают древние микробиальные маты, исследуют доисторические инфекции и разрабатывают методы обнаружения внеземной жизни

    ​Сотрудники Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН ведут исследования возле небольшой деревни Кервале (Kervalet) на западе Франции. В этом месте на приливно-отливной равнине работает множество солеварен, где формируются биоматы – уникальная среда, аналогичная той, что существовала на Земле миллионы лет назад.
    1190
  • 08/12/2017

    Международная научная конференция «Корреляция алтаид и уралид: глубинное строение литосферы, стратиграфия, магматизм, метаморфизм, геодинамика и металлогения»

    ​​​Глубокоуважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе IV международной научной конференции «Корреляция алтаид и уралид: глубинное строение литосферы, стратиграфия, магматизм, метаморфизм, геодинамика и металлогения» Сроки проведения конференции – 2-6 апреля 2018 годапо адресу: Россия, г.
    3404
  • 03/01/2017

    В 2016 году рубрику «Статья месяца» журнала «Геология и геофизика» завершает статья академика Алексея Конторовича и соавторов

    2016 год отмечен двумя важными датами в истории нефтяной геологии и промышленности России. В этом году исполнилось 145 лет со дня рождения академика И.М. Губкина и 105 лет со дня рождения академика А.
    3269
  • 16/10/2019

    Академический час для школьников на Фестивале науки - 2019, лекция «Академгородок: история, настоящее, будущее»

    ​​16 октября 2019 года в 15:00 в малом зале Дома ученых состоится лекция руководителя научного направления Института нефтяной геологии и геофизики СО РАН академика РАН Николая Леонтьевича Добрецова «Академгородок: история, настоящее, будущее».
    624
  • 16/03/2020

    Цикл памятных встреч «Ученые-фронтовики: через войну в науку»

    Библиотека  и Литературный клуб  «ЛитМастер» Дома Ученых готовят вторую встречу из цикла. Встреча запланирована на 21 марта, в субботу, в 14-00 часов, в Малом зале Дома Ученых. Эта встреча будет посвящена академику Андрею Алексеевичу Трофимуку, чье открытие в годы войны месторождения нефти в Башкирии было приравнено к подвигу, поскольку позволило прервать блокаду  снабжения фронта топливом, так нужным для Победы.
    724
  • 18/10/2017

    Новосибирские геофизики: нужны новые методы добычи трудноизвлекаемой нефти

    Ждать новых крупных открытий в нефтегазовой отрасли в России не приходится. Посему пришла пора осваивать мелкие месторождения. "Но за 25 лет, что у власти были Горбачев, Ельцин, Гайдар и прочие "реформаторы", мы растеряли все достижения, потеряли время, кадры.
    2056
  • 20/05/2016

    Академический час для школьников: о природных битумах Сибирской платформы

    ​17 мая Выставочный центр СО РАН в рамках празднования Городского дня науки распахнул двери для очередного научного мероприятия, предназначенного самой юной и любопытной аудитории. На этот раз лекцию главного научного сотрудника лаборатории геохимии нефти и газа Института нефтегазовой геологии и геофизики им.
    1835
  • 28/11/2019

    Ученые ИНГГ СО РАН: 470 млн лет назад в Центральной Тыве было море

    Специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН провели масштабные работы в Центральной Тыве. Группа ученых ИНГГ СО РАН выехала в этот далекий регион, чтобы собрать информацию для изучения этого далекого и слабо исследованного района Сибири.
    679
  • 27/12/2019

    Академик Зинфер Исмагилов избран новым научным руководителем ФИЦ УУХ СО РАН

    ​23 декабря 2019 года в Кемерово, в  Федеральном исследовательском центре угля и углехимии СО РАН  прошёл расширенный Учёный совет, на котором академик Зинфер Исмагилов избран новым научным руководителем ФИЦ угля и углехимии СО РАН.
    676
  • 27/04/2018

    Академик Алексей Конторович: Баженовская свита — удивительное явление, которое интересно изучать

    25 апреля в Институте геологии и нефтегазодобычи Тюменского индустриального университета состоялась лекция «Феномен баженовской свиты Западной Сибири». С ней перед студентами и преподавателями ТИУ выступил академик, доктор геолого-минералогических наук, организатор и многие годы руководитель, а в настоящее время главный научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А.
    3918