Древние черви помогли наладиться земной жизни
Черви, жившие в морях в начале кембрийского периода, своим участием в геохимических процессах помогали поддерживать уровень кислорода именно на том уровне, который был необходим для развития других форм жизни.
В начале кембрийского периода (то есть около 570-540 млн лет назад) на Земле случилось внезапное увеличение биоразнообразия. За короткое время появилось много организмов, для которых далеко не всегда можно найти предков в более ранние эпохи; в кембрии появляются иглокожие, моллюски, членистоногие, хордовые. О причинах кембрийского взрыва биологи гадают до сих пор, но одна из самых популярных гипотез состоит в том, что новые сложные организмы получили возможность развиваться благодаря «кислородной катастрофе» – сильному увеличению концентрации кислорода в атмосфере, произошедшему благодаря деятельности фотосинтезирующих цианобактерий.
Однако для того, чтобы «жизнь наладилась», кислород должен был быть на определённом, правильном уровне. Будь его слишком мало, его бы просто не хватило для нужд развивающихся организмов, а если бы его было слишком много, он бы вызывал окислительный стресс у клеток, которые научились использовать кислород для добычи энергии, но ещё не научились справляться с его избытком. Кроме того, слишком высокий уровень кислорода в атмосфере попросту угрожал бы постоянными пожарами. Можно предположить, что существовал некий регулятор, который не допускал резких перепадов кислорода в атмосфере.
По мнению Ричарда Бойла (Richard Boyle) из Университета Южной Дании, таким регулятором могли быть донные океанические черви, жившие в начале кембрийского периода. Размеров они могли быть самых разных, вплоть до 40 см в длину, работа же их состояла в том, чтобы в буквальном смысле перепахивать морское дно. Проделывая ходы в осадочных донных слоях и взрыхляя их, они обеспечивали доступ насыщенной кислородом морской воды к бактериям, обитавшим в иле.
Получив доступ к кислороду, бактерии начинали активно запасать фосфаты (соединения фосфорных кислот), необходимые любому живому организму. Фосфаты скапливались в донных отложениях, их становилось меньше в самой морской воде. А это плохо сказывалось на фотосинтезирующих организмах, которые не могли расти и размножаться без соединений фосфора. То есть и интенсивность фотосинтеза, и уровень кислорода снижались. Получалась отрицательная обратная связь: чем больше кислорода в морской воде, тем меньше в ней необходимых для живых организмов фосфатов – и тем меньше самого кислорода. Но работала такая отрицательная обратная связь благодаря донным червям (не только, впрочем, червям, а любым донным организмам, копающимся в морском дне). В результате уровень кислорода не мог достичь опасного слишком высокого уровня.
Но не мог ли уровень кислорода благодаря тем же червям упасть, наоборот, слишком низко? В таком случае его недостаток напрямую отразился бы на жизни самих донных животных, которые уже не могли так активно перекапывать дно – их попросту стало бы меньше из-за неблагоприятных условий среды. И тогда уровень кислорода в воде опять пошёл бы вверх, так как фотосинтезирующие водоросли снова бы получили достаточное количество фосфора.
В статье в Nature Geoscience Ричард Бойл и его коллеги из Великобритании, Китая и Германии подробно описывают такую модель геохимических циклов, опирающуюся на деятельность донных животных. Сама по себе она вполне может объяснить, почему в те древние времена уровень кислорода оставался таким, каким нужно. Однако это вовсе не значит, что донные черви были единственными, кто, так сказать, держал в руках судьбы мира – здесь могли быть и другие регуляторы, и исследователям ещё предстоит выяснить, какое место среди них занимали обитатели дна.
