Новое исследование показывает серьезные изменения в том, с чем раньше сталкивалась жизнь.
Ключевые выводы
- На протяжении большей части эволюционной истории жизни в океане внезапные изменения климата и химического состава океана оказывали огромное влияние на то, что могло процветать, а что нет.
- Но около 170 миллионов лет назад все изменилось. Океан стал более стабильным, и такие вещи, как взаимоотношения хищник-жертва, стали доминировать в эволюции жизни.
- Причина такой внезапной перемены? Обызвествленный планктон стал доминировать в океанах.
Микроскопическое изображение кокколитофориды, разновидности кальцифицирующего планктона. Дискообразные объекты, окружающие кокколитофору, представляют собой пластинки из карбоната кальция.
На протяжении большей части 600-миллионной истории многоклеточной жизни эволюция океанической жизни была обусловлена резкими колебаниями климата и химического состава океана. Но новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, показало, что, начиная со 170 миллионов лет назад, эта эволюция управлялась такими факторами, как отношения между хищниками и жертвами. Как ни странно, этот сдвиг связан с тем, сколько мела покрыло морское дно.
«Сегодня, - заявил в своем заявлении кандидат наук и ведущий автор Килиан Эйхенсер, - огромные площади океанского дна покрыты эквивалентом мела, состоящим из микроскопических организмов, которые доминировали в середине юрского периода».
Причина, по которой этот меловой пол может изменить ход эволюционной истории океана, заключается в его влиянии на существ, строящих раковины. Океаническая жизнь делает свои раковины из карбоната кальция, который бывает двух основных видов: кальцит или арагонит. Хотя они химически идентичны, эти минералы карбоната кальция имеют разную атомную структуру, и они становятся более или менее распространенными в зависимости от условий океана. В частности, соотношение магния и кальция в океанах определяет, содержит ли океан больше кальцита или арагонита. Если магния больше, чем кальция, то арагонит образуется легче, чем кальцит.
В зависимости от преобладающих условий земные океаны то входили, то выходили из арагонитовых и кальцитовых морей в течение миллионов лет. Сегодня у нас арагонитовое море. По мере того как эти разные режимы сменялись и исчезали, также возникали и разные виды существ, строящих раковины. Некоторые предпочитали строить арагонитовые раковины, но их было труднее построить в кальцитовом море. Некоторые предпочитали кальцитовые раковины, которые было бы трудно построить в арагонитовом море.
Исследователи подтвердили это, проанализировав огромный набор данных о 400 000 морских окаменелостей, датируемых периодом от 10 000 до н.э. до 500 миллионов лет назад. Основываясь на этом анализе, исследователи смогли определить, когда моря были в основном арагонитовыми и в основном кальцитовыми, а также подтвердить, что морские животные, которые процветали в эти периоды, предпочитали в основном арагонитовые или кальцитовые раковины. Однако около 170 миллионов лет назад что-то изменилось.
Микроскопическое изображение кокколитофориды, разновидности кальцифицирующего планктона. Дискообразные объекты, окружающие кокколитофору, представляют собой пластинки из карбоната кальция.
Wikimedia Commons
Изменение правил игры
Примерно в это же время кальцифицирующий планктон становится доминирующей силой в океане. Обызвествляющийся планктон, как и кокколитофориды, наращивает пластинки из карбоната кальция. Распространение этих организмов переместило производство карбоната кальция только с континентальных шельфов, где существовала большая часть кальцифицирующей жизни, в открытые океаны.
Это массовое распространение кальцифицирующей жизни способствовало образованию мелового покрова на дне океана. Это может показаться не слишком важным: в конце концов, как производство большего количества карбоната кальция может помочь другим животным строить раковины из карбоната кальция? Эйхензер объясняет:
«Известковая масса помогает сбалансировать кислотность океана, и при наличии этого баланса организмы в меньшей степени зависят от краткосрочных возмущений химического состава океана, чем они могли бы быть раньше.. Раковину легче выделять, независимо от ее минералогии, если химия океана стабильна».
В частности, избыток карбоната кальция уравновешивал колебания содержания углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения уровня углекислого газа в воздухе увеличивается и количество углекислого газа в океане. Разница в том, что в океане углекислый газ быстро превращается в угольную кислоту. Это разъедает раковины, что усложняет задачу для существ, строящих раковины, и особенно для существ, строящих раковины, которые в то время не синхронизировались с морем. Существо, которое делает арагонитовый панцирь, будет иметь больше шансов выжить в кальцитовом море без дополнительной нагрузки на углекислоту.
В результате разнообразие взорвалось. Окружающая среда может поддерживать более активных существ, строящих раковины, которые, в свою очередь, могут служить источником пищи для других хищников. Океаническая химия стала менее важной для зарождающейся жизни, чем ее способность искать добычу или уклоняться от хищников. Сегодня мы, возможно, перегружаем буферную систему, созданную для нас кальцифицирующим планктоном. Возможно, океаническая жизнь адаптируется к совершенно новому режиму в течение следующих нескольких миллионов лет.