Первые леса наполнили океан кислородом и дали толчок эволюции рыб

Около 390 миллионов лет назад морские животные начали осваивать ранее необитаемые глубины океана. Новое исследование показывает, что эта подводная миграция стала возможной благодаря устойчивому повышению уровня кислорода в глубоких водах, вызванному распространением на суше древесных растений – предшественников первых лесов на Земле.

Этот подъем уровня кислорода совпал с периодом удивительного разнообразия челюстных рыб – предков большинства современных позвоночных. Данное открытие позволяет предположить, что именно насыщение вод кислородом могло стать ключевым фактором, определившим эволюционные пути доисторических видов.

«Известно, что кислород – необходимое условие для эволюции животных, но степень его влияния на темпы диверсификации видов было сложно оценить, – отмечает один из ведущих авторов исследования Майкл Кипп. – Наша работа убедительно доказывает, что именно кислород определил время ранней эволюции животных, по крайней мере, для появления челюстных позвоночных в глубоководных средах обитания».

Долгое время ученые считали, что насыщение глубоких вод океана кислородом произошло один раз, в начале палеозойской эры, около 540 миллионов лет назад. Однако более поздние исследования показали, что этот процесс был поэтапным: сначала пригодными для дыхания стали прибрежные воды, а затем – более глубокие слои. Чтобы определить точное время этих фаз, команда ученых проанализировала осадочные породы, сформировавшиеся в глубоких морских условиях, на содержание изотопов селена. Соотношение тяжелых и легких изотопов этого элемента позволяет судить о том, был ли уровень кислорода в древних морях достаточным для поддержания жизни.

Исследователи собрали 97 образцов пород возрастом от 252 до 541 миллиона лет с пяти континентов. Анализ показал, что в глубоких водах внешних континентальных шельфов произошло два значительных события насыщения кислородом. Первое, временное, случилось около 540 миллионов лет назад, в кембрийском периоде. Второе, начавшееся 382–393 миллиона лет назад в среднем девоне, оказалось постоянным и сохраняется по сей день. В промежутке между этими событиями уровень кислорода падал до отметок, несовместимых с жизнью большинства животных.

Это второе, постоянное, насыщение кислородом совпало с кардинальными изменениями в морских экосистемах, которые некоторые исследователи называют «среднепалеозойской морской революцией». Палеонтологическая летопись свидетельствует, что по мере того как кислород становился постоянной чертой глубоководной среды, челюстные рыбы и другие животные начали активно осваивать эти места обитания и диверсифицироваться. Животные также становились крупнее, вероятно, потому что кислород способствовал их росту.

Событие среднего девона также совпало с распространением растений с твердыми древесными стеблями. Ученые полагают, что по мере увеличения числа таких растений они выделяли больше кислорода в атмосферу, что, в свою очередь, приводило к его растворению в глубоких слоях океана. Причина первого, временного, насыщения кислородом в кембрии остается более загадочной, однако очевидно, что последующее падение его уровня затормозило распространение морской фауны в глубины.

Хотя работа посвящена условиям древнего океана, ее выводы актуальны и сегодня. В некоторых районах современных морей и океанов возникают «мертвые зоны», где уровень кислорода падает почти до нуля. Часто это происходит из-за стока с континентов удобрений и промышленных отходов, которые вызывают цветение планктона, поглощающего кислород при разложении. «Эта работа наглядно демонстрирует связь между кислородом и жизнью животных в океане, – заключает Кипп. – Этот баланс был достигнут около 400 миллионов лет назад, и было бы обидно нарушить его сегодня за считаные десятилетия».