Кислород в древнем океане позволил рыбам заселить глубины

Художественное изображение доисторической панцирной рыбы Dunkleosteus из позднего девона. Подобные крупные активные позвоночные эволюционировали вскоре после насыщения глубинных вод океана кислородом. Автор: 2008 N. Tamura / CC-BY-SA

Около 390 миллионов лет назад морские животные начали колонизировать ранее необитаемые глубины древнего океана. Новое исследование показывает, что эта подводная миграция произошла в ответ на постоянное увеличение содержания кислорода в глубоководных районах, вызванное распространением древесных растений — предшественников первых лесов Земли.

Этот рост уровня кислорода совпал с периодом заметного разнообразия среди рыб с челюстями — предков большинства современных позвоночных. Открытие предполагает, что оксигенация могла формировать эволюционные паттерны у доисторических видов.

Соавтор исследования Майкл Кипп, доцент наук о Земле и климате в Университете Дьюка, отметил:

«Известно, что кислород является необходимым условием для эволюции животных, но степень, в которой он является достаточным условием для объяснения тенденций в разнообразии животных, было трудно определить. Это исследование убедительно подтверждает, что кислород определял время ранней эволюции животных, по крайней мере для появления челюстных позвоночных в глубоководных местообитаниях».

Исследователи проанализировали осадочные породы, сформировавшиеся под глубоководными морями, изучая изотопы селена. Этот элемент позволяет определить, существовал ли кислород на уровнях, поддерживающих жизнь в древних морях. Команда собрала 97 образцов горных пород возрастом от 252 до 541 миллиона лет с пяти континентов.

Данные показали два события оксигенации в глубинных водах внешних континентальных шельфов: временный эпизод около 540 миллионов лет назад и постоянное событие, начавшееся 393–382 миллиона лет назад в среднем девоне, которое продолжается по сей день.

Соавтор Кунмани «Мак» Бубфамани, докторант Вашингтонского университета, пояснил:

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

Это событие совпало с так называемой «среднепалеозойской морской революцией» — распространением челюстных рыб (gnathostomes) и других животных в глубоководные местообитания. Животные также стали крупнее, возможно, благодаря поддержке кислородом их роста.

Событие оксигенации в среднем девоне также совпало с распространением растений с твёрдыми древесными стеблями. Исследователи полагают, что по мере увеличения количества этих растений они выделяли больше кислорода в воздух, что привело к увеличению содержания кислорода в глубоководных районах океана.

Хотя фокус исследования был на древних условиях океана, выводы актуальны и сегодня. Кипп предупреждает:

«Эта работа очень чётко показывает связь между кислородом и животной жизнью в океане. Этот баланс был достигнут около 400 миллионов лет назад, и было бы позором нарушить его сегодня за считанные десятилетия».