​«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».

​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.

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

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.

«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