Смена магнитных полюсов перестроила земную жизнь

Отпечаток эдиакарского животного. (Фото Ken Lucas / Visuals Unlimited / Corbis.)

19 февраля 2016. Быстрые повороты магнитного поля в течение кембрийского периода ослабили защиту Земли от космических лучей и ультрафиолета, и живым существам в то время пришлось срочно искать выход из создавшегося положения.

Исчезновение динозавров было далеко не единственным и, кстати, далеко не самым крупным вымиранием в истории земной жизни – бывали времена, когда в небытие отправлялись 50%, 60% , а то и 95% видов живых существ.

Точные причины этих глобальных экологических катастроф не вполне ясны, хотя при их обсуждении неизбежно возникают как метеоритные гипотезы, так и версии, связанные с масштабными климатическими изменениями. Дополнительная сложность здесь состоит в том, чтобы объяснить, почему одни виды вымерли, а другие остались. А в случае вымирания, предшествующего так называемому кембрийскому взрыву, всё выглядит тем более странно, потому что в кембрийский период новые виды стали появляться с головокружительной (по эволюционным меркам) скоростью, и далеко не для всех них удаётся подобрать достоверного предка.

Геологический период, предшествовавший кембрию, называется эдиакарий, и длился он примерно с 635 по 541 млн лет. Жизнь в те времена была исключительно морской: дно океана покрывали водоросли и бактериальные маты, в которых разные виды бактерий объединялись в сложное сообщество. Многоклеточные животные, также обитавшие на дне или у дна, были хотя и крупными, но мягкотелыми, потому ископаемых останков от них почти не сохранилось, и о том, как они выглядели, приходится догадываться по отпечаткам. Бактериальные маты, предположительно, не давали кислороду проникнуть глубоко в донный ил, и это во многом ограничивало распространение здесь многоклеточных форм – они не могли глубоко зарываться в дно.

Но потом что-то произошло, и эдиакарская жизнь уступила место кембрийской: появилось великое множество организмов с усложнённым строением тела, с защитными экзоскелетными пластинами, со сложными глазами и т. д. Сначала казалось, что они возникли ниоткуда, потому что в эдиакаре не было никого, кто мог бы стать предком новым существам; потом выяснилось, что некоторые особенности, некоторые сложности в строении всё-таки существовали и у прежних форм, но не имели особой «популярности».

Однако всё равно оставалось непонятным, отчего именно на границе эдиакара и кембрия началось взрывное видообразование, так что в это время успели сформироваться почти все современные типы живых существ. По одной из гипотез, причиной тому был кислород: цианобактерии, миллионы лет занимаясь фотосинтезом, наконец, довели содержание кислорода до того уровня, что большинство живых организмов смогли эффективно использовать его для энергетических нужд – что, в свою очередь, ускорило эволюцию. (У кислородной гипотезы есть свои «но», о которых мы писали некоторое время назад.)

Приблизительно так выглядел эдиакарский океан. (Фото Ryan Somma / Flickr.com.)

По другой версии, толчком к видообразованию стал новый тип экологических взаимоотношений: в древнем океане животные вдруг поняли, что можно есть не только бактерий, но и друг друга. У одних – у хищников – появились мощные челюсти, другие стали жертвами, и жертвы начали искать способы защититься от хищников, отсюда и бронированный экзоскелет, и прочее. Наконец, новые виды могли появиться после распада суперконтинента Родинии: с одной стороны, континентальный дрейф способствовал разделению популяций (а видообразование часто начинается с разделение популяций какого-то существующего вида), с другой – могли появиться новые экологические ниши.

В статье, опубликованной в журнале Gondwana Research, выдвигается ещё одна гипотеза, объясняющая перестройку земной жизни после эдиакарского периода инверсией магнитных полюсов Земли. Северный и южный магнитный полюса в истории нашей планеты менялись местами неоднократно, и признаки таких обращений можно обнаружить в геологических породах. Джозеф Меирт (Joseph G. Meert) из Флоридского университета вместе с Натальей Левашовой и Михаилом Баженовым из Геологического института РАН и Института физики Земли РАН в ходе исследований скальных пород Уральских гор обнаружили, что в кембрии магнитное поле Земли менялось, и менялось очень часто.

С другой стороны, известно, что чем чаще за какой-то период обращается земное магнитное поле, тем слабее оно отклоняет от Земли космические лучи, состоящие из высокоэнергетических элементарных частиц и атомных ядер, летающих по космосу. Без магнитного «зонтика» такие частицы долетают до озонового слоя, разрушая его, а озоновый слой, как мы знаем, фильтрует жёсткое ультрафиолетовое излучение. То есть во времена кембрия земная поверхность в буквальном смысла загорала на жёстком ультрафиолете, потому что от 20% до 40% защитного озона было «съедено» космическими частицами.

\

Трилобиты – едва ли не самые известные животные из тех, чей расцвет пришёлся на кембрийский период. (Фото Layne Kennedy / Corbis)

Именно необходимость укрыться от УФ-лучей могла спровоцировать вымирание эдиакарской биоты и начало кембрийского взрыва. Например, у обладателей сложных глаз, способных чувствовать ультрафиолетовый спектр, теперь явно было преимущество: они могли днём уходить в глубину и вообще искать места, защищённые от опасного излучения. Такое же преимущество появлялось у бронированных видов – через пластины на теле ультрафиолет тоже не проникал.

В свою очередь, та же броня могла пригодиться и при освоении литоральной зоны, где мягкотелые виды подвергались бы одновременному риску разбиться о камни из-за волн и пересохнуть во время отлива. В общем, стремление уберечься от опасного света подстегнуло эволюцию и помогло животным найти новые экологические ниши. Кроме того, сами по себе ультрафиолетовые лучи способны вызывать мутации, а мутации, как известно, есть материал для естественного отбора.

Такая гипотеза, очевидно, имеет право на существование, хотя некоторые утверждают, что ультрафиолет вряд ли «добивал» до половых клеток у животных эдиакара и кембрия, и потому не мог вносить в их ДНК такие изменения, которые перешли бы потомству. (Тут можно сказать, что влияние «плохого света» могло быть опосредованным: как было сказано выше, живые существа могли просто стремиться к тому, чтобы им, грубо говоря, не пекло голову, и преимущество получали те, которые находили самый удачный выход из положения.)

Так или иначе, не стоит искать одну-единственную главную причину кембрийского взрыва – их, очевидно, была не одна и не две – но стоило бы по возможности наиболее полно описать все факторы, поспособствовашие в то время стремительному расцвету земной жизни.

По материалам: Science
Источник: Наука и жизнь