Possible links between extreme oxygen perturbations and the Cambrian radiation of animalsстатьяИсследовательская статья
Статья опубликована в высокорейтинговом журнале
Информация о цитировании статьи получена из
Web of Science,
Scopus
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 21 мая 2019 г.
Аннотация:Природный парк «Ленские столбы», расположенный в Республике Саха (Якутия), не случайно признан памятником природы всемирного значения: именно здесь всё когда-то и случилось. Благодаря тому, что в эдиакарском–кембрийском периодах (635–485 млн лет назад) эта часть Сибири, будучи отдельным континентом, располагалась в тропическом поясе и была покрыта обширным мелководным морем, в данном регионе впервые появились многие группы скелетных животных, существующие доныне. А карбонатные донные илы превратились в подробную летопись геохимических событий, происходивших в то время.
Поэтому Ленские столбы скалы на реке Алдане превратились в Мекку и своего рода мировую полевую лабораторию палеонтологов и геохимиком. В 2008 году во время проведения международной геологической экскурсии китайскими и российскими специалистами здесь были отобраны образцы карбонатов, послужившие основой для настоящего исследования – подробного изучения циклов углероды и серы в начале кембрийского периода по изменениям в соотношении стабильных изотопов этих элементов (13С/12С и 34S/32S, соответственно). Дело в том, что водоросли, бактерии и археи для формирования органического вещества забирают из среды более лёгкие изотопы этих элементов – фракционируют изотопы. Среда, наоборот, обогащается тяжёлыми изотопами, которые в конечном счёте и оказываются «запечатаны» в кристаллической решётке карбонатных минералов навечно.
Результат работы водорослей и различных микробов (а также специалистов) выражается в виде волнообразных изотопных кривых. Для раннекембрийской эпохи многочисленные изотопные циклы углерода и серы неожиданно оказались синхронными. Такая единовременность позитивных и негативных изотопных сдвигов возможна лишь при синхронном окислении органического вещества и восстановлении сульфидов до сульфатов микроорганизмами. И оба этих процесса требует существенных объёмов кислорода.
Конечно, о том, что кислород в кембрийском океане уже был догадывались и раньше. Но сколько? Математическая модель, связывающая количественные показатели изотопных циклов углерода и серы, впервые позволила вычислить темпы поступления кислорода в атмосферу и верхние слои водной толщи для столь давних времён (этот газ выделялся, когда не был востребован на окисление органики и сульфидов): от 5 до 12,5 x 10 в 12 степени молей в год. А по уровню содержания сульфатов в морской воде – не превышавшему 7 миллимолей на литр (сегодня 28-29 ммоль/л) – можно определить, что содержание растворённого кислорода в кембрийском океане было в четыре раза ниже, чем ныне, даже в самые лучшие времена.
Причём выход кислорода не повышался постоянно в течение всего кембрийского периода, а колебался в этих пределах. Соответственно, и рост разнообразия скелетных животных не был стремительным и постоянным, а перемежался с интервалами медленного роста разнообразия и даже с массовыми вымираниями. Эти циклы в росте разнообразия животных были известны и раньше (и в первую очередь на примере сибирских геологических разрезов, где скелетные остатки особенно многочисленны), но теперь стало ясно, что пики разнообразия приходятся на интервалы с высокими темпами поступления кислорода и наоборот. А самое массовое из кембрийских вымираний, сопоставимое по своей значимости для эволюции жизни на Земле с пермско-триасовым и мел-палеогеновым, пришлось на время (514 млн лет назад), когда кислорода вновь почти не стало.