Колебания уровня кислорода могли ускорить эволюцию первых животных

Согласно новому исследованию, уровень кислорода в атмосфере Земли, вероятно, «сильно колебался» 1 миллиард лет назад, создавая условия, которые могли ускорить развитие ранней жизни. 

Ученые считают, что атмосферный кислород  развивался в три этапа, начиная с так называемого Великого кислородного события около 2 миллиардов лет назад, когда кислород впервые появился в атмосфере. На третьем этапе, около 400 миллионов лет назад, атмосферный кислород поднялся до уровня, существующего сегодня.

Что неясно, так это то, что произошло во вторую стадию, во время, известное как неопротерозойская эра, которая началась около 1 миллиарда лет назад и длилась около 500 миллионов лет, в течение которых возникли ранние формы жизни.

Ученые пытались ответить на следующие вопросы: было ли что-то экстраординарное в изменениях уровня кислорода в неопротерозойскую эру, что могло сыграть ключевую роль в ранней эволюции животных? Повысился ли уровень кислорода внезапно или был постепенный рост?

Окаменелые следы ранних животных, известных как эдиакарская биота, многоклеточные организмы, нуждавшиеся в кислороде, были обнаружены в осадочных породах возрастом от 541 до 635 миллионов лет.

Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, исследовательская группа из Университета Лидса использовала измерения различных форм углерода или изотопов углерода, обнаруженных в известняковых породах, взятых из мелководных морей.

Основываясь на соотношениях изотопов различных типов обнаруженного углерода, исследователи смогли рассчитать уровни фотосинтеза, существовавшие миллионы лет назад, и сделать вывод об уровне кислорода в атмосфере.

В результате расчетов они смогли получить данные об уровне кислорода в атмосфере за последние 1,5 миллиарда лет, что говорит о том, сколько кислорода диффундировало в океан для поддержания ранней морской жизни.

По словам исследователей, результаты дают новый взгляд на то, как меняется уровень кислорода на Земле.

«Ранняя Земля в течение первых 2 миллиардов лет своего существования была бескислородной, лишенной атмосферного кислорода. Затем уровень кислорода начал расти, что известно как Великое кислородное событие» — говорят исследователи.

«До сих пор ученые думали, что после него уровень кислорода был либо низким, а затем подскочил как раз перед тем, как мы увидели эволюцию первых животных, либо что уровень кислорода был высоким в течение многих миллионов лет до того, как появились животные».

«Но наше исследование показывает, что уровни кислорода были гораздо более динамичными. Колебания между высокими и низкими уровнями кислорода существовали задолго до того, как появились ранние формы животных. Мы наблюдаем периоды, когда в океанской среде, где жили ранние животные, было много кислорода, а затем периоды, когда его было мало».

Это периодическое изменение условий окружающей среды могло вызвать эволюционное давление, при котором некоторые формы жизни могли вымереть и могли возникнуть новые.

Насыщенные кислородом периоды расширили так называемые «обитаемые пространства» — части океана, где уровень кислорода был бы достаточно высоким, чтобы поддерживать ранние формы жизни.

«В экологической теории было предложено, что когда у вас есть обитаемое пространство, которое расширяется и сжимается, это может способствовать быстрым изменениям в разнообразии биологической жизни» — говорит Бенджамин Миллс, автор исследования.

«Когда уровень кислорода снижается, на некоторые организмы оказывается серьезное давление окружающей среды, что может привести к вымиранию. А когда богатые кислородом воды расширяются, новое пространство позволяет выжившим подняться до экологического господства».

Такие расширенные обитаемые пространства просуществовали миллионы лет, давая достаточно времени для развития экосистем.

Исследование было опубликовано в Science Advances.