В конце весны научное сообщество потрясла новая работа, посвящённая многомиллионолетним событиям, сыгравшим ключевую роль в истории жизни Земли. В её центре — уникальные исследования, проведённые с участием профессора Андрея Журавлёва из МГУ имени М.В. Ломоносова. Выяснить причины древних массовых вымираний, а также раскрыть механизмы, которые стояли за стремительным развитием живых форм в кембрийский период, помогли отложения, сохранившиеся в недрах Якутии, в знаменитом природном комплексе Ленские столбы.
Океан, который был всем
Более полумиллиарда лет назад облик планеты нельзя было узнать. Современных материков ещё не существовало, а вся жизнь процветала только в водной среде. Там, где сегодня раскинулись обширные просторы Якутии, в те отдалённые эпохи располагалась часть древнего континента, омываемого тёплыми мелководными морями. Эта зона стала настоящей колыбелью биологического разнообразия: именно здесь формировалось большинство ископаемых организмов кембрийского периода, благодаря чему сегодня учёные могут детально восстановить ход эволюции жизни.
Карстовые образования, известные якутские Ленские столбы, возвышающиеся вдоль рек, стали для ученых своего рода живым архивом — каждое метровое напластование этих известняков содержит следы прошлого: молчаливых свидетелей великих катастроф и эпох стремительного цветения жизни. Благодаря этим «природным страницам» исследователи получили возможность проследить молекулярные и геохимические сдвиги, происходившие в протяжении десятков миллионов лет.
Мировая лаборатория знаний
Уникальность Ленских столбов, самой крупной экспедиции которых руководил профессор Андрей Журавлёв, заключается в том, что здесь собраны наиболее полные и непрерывные геологические разрезы той эпохи. Место давно стало крайне притягательным для специалистов со всего мира, превратившись в площадку международного сотрудничества. Уже более десяти лет ведущие геологи, палеонтологи и химики различных государств объединяют усилия, чтобы понять, как же развивался древний океан и как его химический состав влиял на жизнь.
«Когда стоишь у подножия этих величественных скал, кажется, что перед тобой открывается сама история Земли, — делится впечатлениями Андрей Журавлёв. — Подобные памятники природы не только вдохновляют, но и на практике позволяют приблизиться к разгадке важнейших биологических и геохимических тайн».
Изотопные закономерности и их расшифровка
Взятие проб происходило по всем правилам современной геологии: каждый слой тщательно описан, задокументирован и проанализирован. Особый интерес представляли соотношения стабильных изотопов таких элементов, как сера и углерод. Все эти параметры — своеобразная подпись прошлых процессов, идеальный индикатор химической активности древних экосистем.
Главная ценность анализа заключается в том, что разные организмы используют определённые изотопы по-разному. Растения и микробы обычно поглощают более лёгкие разновидности, что приводит к определённым изменениям — фракционированию. Такие процессы захватывают химические элементы и «запирают» их в минеральных структурах, превращая осадочные породы в надёжные хроники древних эпох.
Результаты изотопных исследований показали чёткие волнообразные изменения: пики и спады значений синхронно отражали периоды активного фотосинтеза и бурной деятельности бактерий. Особенно важным открытием было совпадение циклов изотопных изменений для углерода и серы — подобная синхронность говорит о параллельных биохимических процессах, напрямую связанных с насыщением среды кислородом.
Кислород — ключ к эволюционных скачкам
Наука с помощью компьютерных моделей впервые смогла перевести изотопные данные в количественные оценки содержания кислорода в древнем океане. Оказалось, что уровень этого важнейшего элемента тогда был в разы ниже современного — даже во времена расцвета жизни в море концентрация растворённого кислорода была вчетверо ниже нынешней!
Но происходили резкие колебания: анализ показывал периоды, когда содержание кислорода в воде стремительно возрастало, а затем — вновь резко снижалось. Такие изменения оказывались решающими для морской фауны. Рост разнообразия животных обуславливался фазами прилива кислорода, а на «спады», напротив, приходились массовые вымирания. Их цикличность хорошо прослеживается на примерах ископаемых из разрезов Якутии.
Именно насыщение океанов кислородом стало двигателем для знаменитого кембрийского взрыва — более 500 млн лет назад на планете возникло беспрецедентное разнообразие живых организмов с твёрдыми скелетами. Но этот процесс не был линейным и непрерывным: за взлётами непременно следовали кризисы, связанные с нехваткой кислорода, которые и провоцировали гибель целых экосистем, схожую по масштабу с позднейшими массовыми вымираниями.
Циклы жизни: от катастроф к новой эволюции
Ученые МГУ, совместно с коллегами из ведущих мировых центров, определили: повышение кислорода, равно как и спады его уровня, вовсе не были равномерными. Эта пульсация определяла ритм эволюции — периоды биологического процветания сменялись этапами вымираний, а затем снова приходила пора ростков новой жизни. Такой «дыхание» океана легло в основу современных представлений об эволюции планеты, и доказательства этому нашли именно в глубинах якутских карбонатных пластов.
К примеру, самое масштабное массовое вымирание кембрийского периода, произошедшее примерно 514 миллионов лет назад, полностью совпало с фатальным снижением кислородного режима в морской воде. Именно такой «кислородный кризис» оказался сопоставим по масштабам и последствиям с более поздними известными биологическими катастрофами, кардинально изменившими ход истории Земли.
Дружба знаний: Россия, Великобритания, Китай
Международное сотрудничество сыграло огромную роль в реализации этого масштабного проекта. Полевые работы на просторах суровой, но удивительно красивой Якутии проводились совместно специалистами из России и Китая. Обработка проб, сложнейшие лабораторные тесты и моделирование химических процессов осуществлялись на базе крупнейших университетов Великобритании — в Лидсе, Ланкастере, Оксфорде и Лондонском университетском колледже.
Каждый этап исследований позволил не только подтвердить важнейшие идеи о связи биологических кризисов с изменениями кислородного режима, но и расширить горизонты знаний о глубинных процессах, формирующих облик нашей планеты. Полученные данные открывают перспективу воссоздания глобальных экологических и эволюционных ритмов, что делает вклад российских учёных и их зарубежных коллег воистину неоценимым.
Синергия международного научного потенциала, энтузиазм исследователей и уникальные природные условия Якутии позволили осуществить масштабное открытие, которое не только проливает свет на прошлое, но и помогает увидеть перспективы развития жизни на Земле в будущем.
Иллюстрация: Природный парк «Ленские столбы», Республика Саха (Якутия) // Фото: Андрей Журавлёв, МГУ имени М.В. Ломоносова
Источник: scientificrussia.ru
