Кембрийский взрыв в истории Земли¶
Кембрийский взрыв — условное название резкого увеличения разнообразия многоклеточных организмов, зафиксированного в палеонтологической летописи в начале кембрийского периода, около 541–530 млн лет назад. В относительно короткий по геологическим меркам срок (порядка 20–25 млн лет) в ископаемых отложениях появляются почти все современные типы животных: членистоногие, моллюски, брахиоподы, хордовые и другие. Событие считается одним из ключевых в истории биосферы: именно тогда сложились основные планы строения животных, многие из которых сохранились до настоящего времени.
¶Геологические рамки
Кембрийский период начался около 541 млн лет назад и завершился примерно 485 млн лет назад. Взрывному росту разнообразия предшествовал длительный этап существования преимущественно одноклеточных и колониальных форм, а также эдиакарской (вендской) биоты — мягкотелых организмов неясного систематического положения, живших 635–541 млн лет назад. Большинство эдиакарских форм к началу кембрия исчезает.
Граница между эдиакарием и кембрием проводится по появлению характерных следов жизнедеятельности и первых скелетных остатков. Этот рубеж одновременно служит нижней границей фанерозоя — эона «явной жизни».
¶Причины события
Единой общепринятой теории кембрийского взрыва нет; рассматривается комплекс взаимосвязанных факторов.
- Рост содержания кислорода. Накопление O₂ в атмосфере и океане, связываемое с деятельностью фотосинтезирующих организмов, сделало возможным энергетически затратный образ жизни — активное движение и крупные размеры.
- Появление хищничества. Возникновение активных хищников создало эволюционное давление, стимулировавшее развитие скелетов, панцирей, шипов и органов чувств.
- Экологические взаимодействия. Формирование трофических цепей и конкуренция за пространство ускорили диверсификацию.
- Генетические предпосылки. Появление систем регуляции развития (в частности, Hox-генов) позволило быстро менять план строения тела.
- Геохимические изменения. Рост концентрации кальция в морской воде облегчил построение минеральных скелетов.
¶Основные группы организмов
В кембрийских отложениях встречаются представители большинства современных типов. Наиболее известны следующие группы.
¶Трилобиты
Класс морских членистоногих, доминировавший в кембрийских морях. Трилобиты обладали сегментированным панцирем из хитина, пропитанного минеральными солями, и хорошо сохраняются в ископаемом состоянии. Они служат руководящими формами для стратиграфии кембрия.
¶Фауна сланцев Бёрджес
Комплекс ископаемых, обнаруженный в Британской Колумбии (Канада), включает мягкотелые формы, обычно не сохраняющиеся: например, Opabinia, Anomalocaris, Hallucigenia. Благодаря уникальным условиям захоронения эти находки дали представление о строении ранних животных.
¶Скелетные организмы
Археоциаты — вымершая группа, строившая рифовые постройки; брахиоподы; ранние моллюски; хиолиты — небольшие конические раковины неясного родства.
¶Хордовые
К кембрию относятся Pikaia и Haikouichthys — примитивные хордовые, рассматриваемые как возможные предшественники позвоночных.
¶Кембрийские отложения в России
На территории России кембрийские породы широко распространены. Значительные выходы имеются на Сибирской платформе — в бассейнах рек Лены, Алдана, Ангары. Разрезы нижнего кембрия по реке Лене относятся к числу эталонных в мировой стратиграфии. Здесь найдены многочисленные трилобиты, археоциаты и брахиоподы. Кембрийские отложения также известны на Урале, в Казахстане и на Дальнем Востоке. Сибирские разрезы используются для сопоставления одновозрастных толщ разных регионов мира.
¶Значение для науки
Кембрийский взрыв занимает центральное место в нескольких научных дискуссиях.
- Эволюционная биология. Событие демонстрирует, что крупные эволюционные преобразования могут происходить относительно быстро, что учитывается в теориях прерывистого равновесия.
- Систематика. Именно с кембрия ведётся отсчёт истории большинства современных типов, что делает период ключевым для понимания родственных связей.
- Палеоэкология. Изучение кембрийских сообществ позволяет реконструировать первые сложные экосистемы с разделением экологических ниш.
- Геохронология. Кембрийские отложения служат основой для расчленения и корреляции древних толщ, в том числе при поиске полезных ископаемых.
¶Дискуссионные вопросы
Термин «взрыв» условен: часть исследователей указывает, что диверсификация была растянута на десятки миллионов лет, а её кажущаяся внезапность объясняется неполнотой летописи и появлением скелетов, лучше сохраняющихся в породе. Молекулярные часы нередко датируют расхождение основных групп животных более ранним временем, чем древнейшие ископаемые находки. Соотношение реальной скорости эволюции и артефактов захоронения остаётся предметом споров.
¶Источники
- Труды по стратиграфии кембрия Сибирской платформы
- Работы по фауне сланцев Бёрджес
- Учебники по палеонтологии и исторической геологии
- Обзорные публикации по эволюционной биологии развития