Несогласие со взрывом: загадка с загадкой сходятся

600 млн лет назад океаны уже давно кишели жизнью. Но в тех мягкотелых , несложных существах мы вряд ли узнали бы далеких предков современных животных. А затем случилось нечто странное. В считанные миллионы лет – что для эволюции жизни означает «практически мгновенно» – появляются представители уже вполне полноценного царства животных, быстро растет сложность их многоклеточных структур, появляются панцири и раковины, и даже скелет.

Этот удивительный процесс, получивший наименование Кембрийского взрыва, имеет массу ясных палеонтологических свидетельств и строго доказан. Неясно главное: почему он случился, почему именно тогда, и почему никогда больше не повторялся?

Интересно, что новые исследования связывают Кембрийский взрыв с еще одной аномалией палеонтологии и геологии – несогласием, при котором слои залегания пород следуют друг за другом не в строгой стратиграфической последовательности, а с малообъяснимыми «промежутками» или «пробелами». Точнее говоря, с одним из самых известных случаев такой аномалии, часто называемым Великим несогласием.

Оно было замечено еще в позапрошлом веке, когда при исследовании геологии Большого каньона обнаружилось, что выше метаморфических пород возрастом более 1,6 млрд лет сразу идут осадочные слои возрастом менее 600 млн лет, без каких-либо промежуточных напластований. Впоследствии аналогичные свидетельства Великого несогласия были найдены и в других регионах Земли. По мнению американского палеогеолога Шэнана Питерса (Shanan Peters), в этом несогласии и кроется разгадка того, что случилось в эпоху Кембрийского взрыва. Вместе с соавторами он проанализировал десятки тысяч проб древних пород, собранных по всей Северной Америке, и в итоге им открылась следующая картина.

В эпоху раннего Кембрия море периодически то наступало на североамериканский континент, то снова отступало с него, вымывая верхние слои и открывая глубоко залегающие скальные породы. Лишь много позже они были покрыты новыми осадочными породами – именно это и создало Великое несогласие; далее уже идет Кембрийский взрыв.

Оказавшись на поверхности, эти докембрийские породы вступали в реакцию с водой и воздухом, что приводило к высвобождению ионов кальция, железа, калия и кремния, которые снова смывались в океан. Химический состав океана быстро менялся, о чем прекрасно свидетельствует быстрое накопление отложений карбонатов, а также калий-, кремний- и железосодержащих пород, относящихся к тому периоду и намного более редких в более поздние эпохи.

Изменение химии океана стало серьезным испытанием для простых организмов, обитавших в нем. Ведь любая жизнь – это поддержание гомеостаза, постоянства энергетического и химического баланса организма, отделенного от изменчивой окружающей среды. Это касается и баланса ионов: чтобы все биологические механизмы работали, как должно, им необходимо поддерживать определенное содержание различных ионов. Если организму надо избавиться от избытка какого-то из них, он получает из него минеральную соль и выводит наружу. Так формируются минеральные отложения биологического происхождения.

В природе обнаруживаются огромные количества таких отложений. Самые значительные из них составляют фосфат кальция (содержащийся в наших зубах и костях), карбонат кальция (панцири и раковины беспозвоночных), а также диоксид кремния (скелет простейших планктонных радиолярий). Все эти минералы появились в составе живых организмов разных групп примерно в одну и ту же эпоху. Как раз в ту самую.

По замечанию профессора Питерса, существует весьма значительный промежуток между появлением животных и началом «массового» использования ими минеральных веществ. «Как будто биоминерализация не развивалась по какой-то причине, и вдруг началась в ответ на некий фактор, - говорит он. – В данном случае это могло быть изменение химического состава океана, связанное с Великим несогласием. Как только это случилось, эволюция получила толчок к движению в новом направлении».