Ключевой поворот в эволюции

Образец кальцинированного планктона возрастом 95 миллионов лет

Около 170 миллионов лет назад коренным образом изменились факторы, управляющие глобальной эволюцией Мирового океана. До этого развитие морских организмов главным образом контролировалось химическим составом океана и климатом. Примерно с середины юрского периода более важными становятся биологические факторы, такие как отношения хищник — жертва. К таким выводам пришли исследователи из Плимутского университета (Великобритания) и рассказали о них в одном из выпусков журнала «Nature Geoscience» за 2019 год.

Многоклеточные живые системы возникли более 540 миллионов лет назад под влиянием небиологического и биологического окружения. Но как со временем менялось влияние каждого из этих факторов?

На этот вопрос попытались ответить Килиан Айхенсир с коллегами в своей статье в журнале «Nature Geoscience». Они считают, что изменение факторов эволюции совпали во времени с активным ростом планктона, который в процессе жизнедеятельности строит из карбоната кальция свой экзоскелет. После смерти микроорганизмов карбонат кальция осаждается на дне океана. По мнению исследователей, размножившийся планктон стабилизировал химический состав океана, в результате чего сложились самые благоприятные условия для бурного развития морской жизни и ее разнообразия.

В середине юрского периода микроскопические организмы занимали доминирующее положение в экологической системе океана. Выделяемый ими карбонат кальция помог снизить кислотность океана, и, как только это произошло, морские обитатели почувствовали себя гораздо комфортнее, особенно моллюски, строящие себе домики-раковины, — здесь стабильность химического состава океана особенно важна.

Британские исследователи изучили огромное количество окаменелостей представителей морских кальцифицирующих организмов, которые были способны выделять карбонат кальция, — более 400 тысяч образцов возрастом от 12 тысяч до 500 миллионов лет. Реконструируя температуру Мирового океана и его химический состав, авторы оценили соотношение минералов на основе карбоната кальция — арагонита и кальцита, абиогенно образовавшихся в Мировом океане за 500 миллионов лет, а также соотношение кальцит/арагонит в сохранившихся в окаменелостях экзоскелетах.

Кальцит и арагонит — минералы с одинаковым составом CaCO₃, но с разным строением кристаллических решеток. Обе разновидности минерала моллюски могли использовать как сырье для строительства оболочек из CaCO₃.

Предполагая, что морские организмы-кальцификаторы строят скелеты из кальцита или арагонита, а затем после их смерти эти полиморфные модификации карбоната кальция осаждаются в соотношении, определявшемся соотношением полиморфов в строительном материале, исследователи сравнили соотношение арагонита и кальцита с минеральным составом оболочек кальцифицирующих организмов того же геологического периода. Оказалось, что до середины юрского периода организмы для строительства своих домиков-раковин вырабатывали ту форму карбоната кальция, которая была более устойчива в данных условиях.

Ученые считают, что около 170 миллионов лет назад в экологической системе океана произошли революционные изменения — бурно размножающийся кальцифицирующий планктон начал переносить карбонат кальция с континентальных шельфов в открытый океан. Это привело к тому, что несколько последующих серьезных климатических изменений, приводящих в том числе и к увеличению кислотности океана, не оказали значительного влияния на соотношение кальцит/арагонит в раковинах и других структурах из CaCO₃. Исследователи предполагают, что именно на этом временном отрезке морские кальцификаторы «подобрали» оптимальный полиморфный состав скелетов, который далее и начал воспроизводиться независимо от условий окружающей среды. Это позволяет утверждать, что водные организмы стали более устойчивы к окружающей среде, а в эволюции уже преобладали биологические факторы.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 8/2019) на с. 10 — 11.