Повышение уровня кислорода в глубоком океане, вероятно, открыло новые морские местообитания и стимулировало видообразование

Примерно 390 миллионов лет назад в древнем океане морские животные начали осваивать ранее необитаемые глубины. Новое исследование показывает, что эта подводная миграция произошла в ответ на постоянное повышение содержания кислорода в глубоком океане, вызванное распространением на суше древесных растений — предшественников первых лесов Земли.

Это повышение уровня кислорода совпало с периодом значительного разнообразия рыб с челюстями — предков большинства современных позвоночных. Результаты работы позволяют предположить, что оксигенация могла влиять на эволюционные паттерны доисторических видов.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Известно, что кислород является необходимым условием для эволюции животных, но в какой степени он является достаточным условием, объясняющим тенденции в разнообразии животных, было трудно определить», — сказал соавтор Майкл Кипп. «Это исследование дает веский аргумент в пользу того, что кислород определял время ранней эволюции животных, по крайней мере, для появления челюстных позвоночных в глубоководных местообитаниях».

Кипп и коллеги сосредоточились на времени этих фаз, изучая осадочные породы, сформировавшиеся в глубоководной среде. Они проанализировали в породах содержание селена — элемента, который можно использовать для определения наличия кислорода на уровнях, поддерживающих жизнь, в древних морях. Команда собрала 97 образцов горных пород возрастом от 252 до 541 миллиона лет с пяти континентов.

Их данные показали, что в глубоких водах внешних континентальных шельфов произошли два события оксигенации: кратковременный эпизод около 540 миллионов лет назад (в кембрийский период) и событие, начавшееся 393–382 миллиона лет назад (в среднем девоне), которое продолжается по сей день. В промежуточные тысячелетия уровень кислорода упал до значений, непригодных для жизни большинства животных.

«Данные по селену говорят нам, что второе событие оксигенации было постоянным. Оно началось в среднем девоне и сохранилось в наших более молодых образцах пород», — сказала соавтор Кунмани «Мак» Бубфамани.

Это событие совпало с многочисленными изменениями в эволюции и экосистемах океана, включая так называемую «среднепалеозойскую морскую революцию». Согласно палеонтологической летописи, по мере того как кислород стал постоянной особенностью в глубоководных условиях, челюстные рыбы (гнатостомы) и другие животные начали заселять и диверсифицироваться в таких местообитаниях.

Событие оксигенации в среднем девоне также совпало с распространением растений с прочными древесными стеблями. «Мы полагаем, что по мере увеличения численности этих древесных растений они выделяли больше кислорода в воздух, что привело к увеличению содержания кислорода в глубоководных океанических средах», — пояснил Кипп.

Причина первого, временного события оксигенации в кембрии остается более загадочной. «Ясно, что падение уровня кислорода после этого первоначального импульса препятствовало распространению и диверсификации морских животных в те глубоководные среды внешних континентальных шельфов», — отметил Кипп.

Хотя фокус команды был на древних условиях океана, их выводы актуальны и сейчас. «Эта работа очень четко показывает связь между кислородом и жизнью животных в океане. Этот баланс был достигнут около 400 миллионов лет назад, и было бы стыдно нарушить его сегодня в течение нескольких десятилетий», — заключил ученый.