Как многим известно из школьного курса биологии, скелет у животных появился не сразу, а возник в ходе эволюционных процессов. Но какие факторы способствовали тому, что мягкие, аморфные существа принялись отращивать твердую оболочку и каркасы? Исследователи отыскали ответ на эту загадку в сибирской глубинке.
Как у животных появился скелет: новые открытия

Еще около 550 миллионов лет назад на Земле не существовало животных со скелетом. Затем, как предполагают ученые, уровень кислорода в атмосфере вырос и химический состав океанов изменился таким образом, что животные получили возможность использовать минералы для создания собственных структурных частей. Новое исследования, посвященное анализу древних слоев горных пород в Сибири лишь подтвердило эту гипотезу, показав, что океаны обогатились минералами, необходимыми для выращивания скелета, в то же самое время, когда среди ископаемых находок начинают появляться окаменелые скелеты.

«Эта статья в первую очередь отвечает на вопрос о том, как вообще живые существа начали отращивать скелет и превратились в тех зверей, которых мы знаем сейчас», говорит Эшлин Худ, седиментолог из Йельского университета, не принимавшая участия в исследовании.

В настоящее время атмосфера содержит порядка 20% кислорода, но так было не всегда. Около 800 миллионов лет назад его количество составляло всего 0,1% от текущей дневной нормы. Именно тогда, по не вполне понятным причинам, уровень кислорода и начал расти. Для того, чтобы понять связь между увеличением количества кислорода в атмосфере и образованием у животных скелетов, геобиолог Рэйчел Вуд из Эдинбургского университета вместе с коллегами изучили древние пласты горной породы, найденные глубоко в сибирских пустошах у реки Юдома. Эти массивы, образовавшиеся из слоев осадочных пород, депонированных в древних океанах, содержат не только окаменелости, но и ключ к изменению состава океанических вод.

Ученые собирают образцы в долине реки Юдома, Якутия Ученые собирают образцы в долине реки Юдома, Якутия

Вуд обратила внимание на ряд химических сдвигов в составе породы в течение эдиакарского и кембрийского периодов, которые вместе длились от 635 до 485 миллионов лет назад. До 545 миллиона лет камни не были богаты доломитом, который, как предполагают геологи, сформировался в океане при низком уровне кислорода. Но после увеличения концентрации этого газа начинает преобладать известняк. Известковые породы в изучаемом районе содержит минералы арагонит и кальцит, которые нужны животным для образования скелета: кристаллы этих минералов образуются гораздо быстрее и с куда меньшими затратами энергии, чем доломит, что позволяет живым существам использовать их в качестве внешнего каркаса. Кроме того, на земле благодаря ветру и дождям появляется эрозия, что и привело к вымыванию кальция в океанические воды, а кальций крайне необходим для скелетного роста.

Таким образом, «скелетная революция» отражена в самих породах. В богатых доломитом слоях преобладают окаменелости мягкотелых организмов, таких как Aspidella, которая проводило жизнь прикрепленной к морскому дну. Но уже в известковых слоях ученые нашли первое животное со скелетом — Cloudina, существо миллиметровых размеров, покрытое кальцинированной оболочкой и больше всего похожее на рожок мороженного. В дальнейшем именно от них произошли все современные обладатели как внешнего, так и внутреннего скелета. Научное сообщество тепло приняло новую работу, по достоинству оценив труд ученых, связавших воедино три совершенно, на первый взгляд, независимых фактора — уровень кислорода, химический состав океана и особенности биологического строения животных. В будущем команда планирует исследовать не только Сибирь, но и весь мир на предмет подтверждения своей гипотезы и поиска новых данных.