Полмиллиарда лет назад

Ученые из Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука СО РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами провели комплексную работу с протерозойскими и раннепалеозойскими донными водорослями. Специалисты смогли охарактеризовать морфологические и экологические аспекты эволюции этих древних организмов. Полученные данные будут использованы при обосновании первого в докембрии яруса эдиакария в международной стратиграфической шкале. Статья опубликована в журнале Precambrian Research. 

В древние времена, до появления животных, ставших постепенно господствующей частью нашей экосистемы, водоросли имели большее значение, чем сейчас, являясь основой биогеоценоза.

«Сегодня известно, что примерно 540 миллионов лет назад произошел кембрийский взрыв, то есть резкое появление животных. Однако в докембрийское время, когда они либо отсутствовали, либо были крайне малочисленны, водоросли выполняли фактически все роли в экосистеме. Именно они в далеком прошлом наравне с микробиальными сообществами участвовали в процессе обогащения воды в океане кислородом, что фактически улучшало физические свойства среды и создало биологические условия для жизни других организмов. Однако после бурного развития животных на Земле водоросли уходят на второй план и становятся неинтересны исследователям. Некоторые ученые в случае обнаружения макроводорослей просто игнорируют их, поскольку цель работы с ними не связана. На мой взгляд, такое отношение недальновидно, так как если мы хотим восстановить максимально полную картину древних событий, нельзя смотреть только на одну сторону монеты и оставлять без внимания столь важную часть существовавшей экосистемы», — говорит старший научный сотрудник лаборатории палеонтологии и стратиграфии докембрия ИНГГ СО РАН PhD по геологическим наукам Наталья Владимировна Быкова.

В исследовательской работе были использованы 2 189 экземпляров некальцифицированных остатков макроводорослей (размером от 1 мм). Они представляют временной интервал от ~ 2 млрд лет назад до 420 млн лет назад и собраны из отложений по всему миру: в США, Китае, Намибии, России. Центральное место для изучения морфологической эволюции макроводорослей в эдиакарии представляют материалы из хатыспытской свиты, которая расположена на Оленёкском поднятии в северо-восточной части Сибирской платформы. «Поскольку мы пытаемся посмотреть, что же было с водорослями до кембрийского взрыва, нужно обозначить границы исследования. Точно известно, что в криогении (720—635 млн лет назад) произошло повсеместное оледенение, свидетельства которого найдены по всему миру, и в этот период условия среды не располагали к массовому существованию и захоронению живых организмов. На сегодняшний день по всему миру найдено всего одно местонахождение макроводорослей этого периода, мы впервые включаем его в исследование, но сравнительные данные пока что отсутствуют. Основное внимание уделяется эдиакарию (или венду), и здесь начинается самое интересное. У нас была возможность использовать коллекции водорослей из разных мест земного шара, однако содержательнее всех оказались материалы из хатыспытской свиты, потому что это “месторождение” является одним из наиболее богатых макроводорослевых сообществ того времени. Здесь также широко представлена эдиакарская фауна и следы жизнедеятельности древних организмов. Кроме того, обычно найденные в отложениях докембрийского времени водоросли очень маленькие, но у нас в Сибири они гигантские. Сейчас мы также пытаемся понять, что же такое происходило на этой территории в прошлом, что организмы росли практически без ограничений», — рассказывает Наталья Быкова. 

Собрав данные из имеющихся отложений, ученые выделили 30 морфологических признаков, закодировали их, представив в двух пространствах, и применили NMDS (неметрическое многомерное шкалирование) и метод функциональных морфологических групп. В итоге исследователи восстановили следующую картину: всё начинается с появления водорослей примерно 2,1 млрд лет назад, когда они были простыми трубочками и имели два-три морфологических признака. Примерно 1 млрд лет назад, в тонии, в палеонтологической летописи появляются ветвящиеся водоросли, идет процесс скачкообразного развития организмов, и уже в эдиакарии (635—540 млн лет назад) происходит насыщение морфологического пространства, которое сокращается в кембрии. Однако в ордовике, когда появились и активно развивались животные, у водорослей происходит второй скачок в общем тренде увеличения морфопространства макроводорослей. «По результатам нашей работы мы смогли установить несколько эволюционных закономерностей: первое морфологическое усложнение строения водорослей не совпадает со временем массового появления животных и, скорее всего, происходит на рубеже 1 млрд лет назад. Возможно, этот всплеск был связан с зарождением первых наших “предков”, или же повлияли физические процессы — в это время распадался один суперконтинент и образовывался другой, следовательно, изменялось количество осадков, попадающих в океан, и изменялись окислительно-восстановительные условия толщи воды, ее прозрачность. Дальнейшая история показывает, что примерно за 10 млн лет до кембрия идет снижение морфологического и таксономического разнообразия водорослей. С чем точно это связано, пока неясно, но этот тренд заметен по всему миру. И наконец, в ордовике происходит второй скачок в усложнении водорослей, связанный с развитием животных, которые могли их отгрызать. Поэтому рассматриваемые нами многоклеточные организмы начинают образовывать ветви, чтобы уберечь свою центральную часть», — говорит Наталья Быкова.  

Полученные учеными результаты будут использованы Международной стратиграфической комиссией. Сегодня в мировой геологии имеется обоснованная шкала с разделением на периоды, отделы, ярусы для эона фанерозоя (начинается с кембрия и заканчивается четвертичным периодом, то есть с 538 млн лет назад до наших дней), однако если обращаться к докембрийскому эону, сразу начинаются расхождения и споры. К примеру, во всем мире период до возникновения животных и растений называется эдиакарским, в России же принято называть это время вендом. У них различные верхние и нижние границы. Кроме того, в международном научном сообществе отсутствует единое мнение по обоснованию ярусов эдиакария (или венда). Поэтому сегодня мировая общественность занялась унификацией и разбиением докембрийских периодов на более мелкие части. «Если при работе с фанерозоем описание ярусов начали снизу вверх в соответствии с эволюцией живых организмов, в нашем случае мы начинаем сверху вниз, так как чем глубже копаешь, тем меньше информации. И вот последние 10 млн лет перед кембрием, которые описаны в статье, сейчас фактически являются кандидатом на первый ярус в докембрии, и работа является еще одной монетой в копилку того, что период отличается даже на уровне водорослей, и именно этот интервал можно будет выделить в ближайшее время, дать ему официальное название, что станет первым обоснованным подразделением в докембрийское время. Такого еще не было, и я считаю это важным вкладом в расчленение всей нашей геологической летописи», — добавляет Наталья Владимировна. 

Андрей Фурцев

Фотографии предоставлены Натальей Быковой