Динамичная биосфера

ПЕРВЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛИ

Несмотря на то, что возраст Земли 4.5 биллионов лет, биосфера, работающая как термостат, сохраняя  на планете тепло и не позволяющая Земле превратиться в обледенелый  Марс или раскаленную Венеру с испарившимися океанами, такая биосфера появилась всего лишь 600 млн. лет назад. Одними из первых экологических систем были вендийские, о которых  мы и поговорим.

С помощью компьютерного моделирования прояснились некоторые детали жизни радиоморф, одних из самых первых на Земле многоклеточных животных эдиакарской экосистемы.  Эдиака́рская или ве́ндская био́та — фауна ископаемых организмов, населявших Землю в эдиакарском периоде (около 635—542 млн лет назад).

Радиоморфы по внешнему виду напоминали растения, по размеру не превышали десяти сантиметров, но существовали и более крупные формы. Их мягкие тела состояли из множества веточек.

Пока не ясно, как эти существа питались и размножались, так как жили они на большой глубине в океане, где невозможен фотосинтез. Это были представители фауны, а не флоры. По всей видимости рангеоморфы собирали питательные вещества из морской воды всей поверхностью тела, хотя трудно предположить, как таким способом могли питаться крупные экземпляры, однако океан в эдиакарский период был очень похож на жидкий бульон: он был полон питательных веществ, таких как органический углерод (сегодня всё питательное из морской воды уже разобрано массами океанских животных).

Рангеоморфы проиграли эволюционную гонку и вымерли достаточно быстро после начала кембрийского взрыва. Однако компьютерное моделирование показало, что до вымирания это были едва ли не самые успешные организмы на планете. Своими телами они занимали огромные пространства в океане, что позволяло им получать максимум питательных веществ из океанской воды.

Эти существа были удивительно хорошо приспособлены к своей среде. С точки зрения математики, они заполнили своё пространство обитания почти идеально.

Палеобиологи изучали окаменелости рангеоморфов из ряда точек по всему миру, после чего все данные были загружены в компьютерную программу, которая показала появление, жизнь и вымирание трёхмерных живых организмов. Результаты исследований показали, что с началось кембрийского взрыва рангеоморфы стали слишком лёгкой добычей, поскольку у них не было никакой защиты от хищнико - она им и не была нужна. К тому же, как продемонстрировало моделирование, химический состав океана резко изменился, и сокращение питательных веществ добило немногочисленных рангеоморфов.

http://www.vesti.ru/doc.html?id=1886629

Другие представители вендской биоты  также обитали в море. Они представляли собой загадочные, мягкотелые, в основном сидячие организмы, имеющие трубчатую, обычно ветвящуюся структуру. Их систематическое положение на дереве эволюции остается неясным, так как этот тип не оставил потомков.

Некоторые из позднейших представителей эдиакарской биоты (Kimberella, Cloudina) не похожи на остальных и, вероятно, являются примитивными моллюсками и полихетами. Однако степень их родства с вендобионтами неизвестна.

Все представители эдиакарской биоты много примитивнее животных кембрийского периода; но попытки найти среди них предков членистоногих, позвоночных, кишечнополостных и других таксонов не увенчались успехом.

Представители эдиакарской биоты, первые многоклеточные на Земле,  появились как ответ на вызов Земли-снежка (глобального оледенения) после таяния обширных ледников  в конце криогения, но создали экосистему лишь набрав достаточную мощность около 580 млн лет назад. Вымерли они почти одновременно с началом кембрийского взрыва, животные которого, видимо, и вытеснили эдиакарскую биоту. Скорее всего вендов  уничтожили  хищники, поскольку у деревообразных животных не было никаких средств защиты. Произошло это около  541 млн лет назад, когда резко увеличилось разнообразие животных ( «кембрийский  взрыв»). Редкие ископаемые, напоминающие эдиакарские, обнаруживаются ещё вплоть до середины кембрия (510—500 млн лет назад) — но это реликтовые остатки когда-то процветавших экосистем.

Эдиакарские ископаемые имеют бесспорные следы морского образования (известняковые или сланцевые отложения, знаки волновой ряби, следы волочения течениями). Основу тогдашних морских биоценозов  составляли цианобактериальные маты. Продукты их деятельности — строматолиты — часто встречаются в эдиакарских отложениях. Покрывая толстой (1—2 см) слизью дно на мелководьях, маты могли служить пищей гетеротрофным животным и простейшим. Многоклеточным водорослям они составляли конкуренцию, однако наряду с матами, на дне встречались водорослевые луга.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ediacara_biota

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B0

Вплоть до середины двадцатого столетия считалось, что первые многоклеточные организмы появились в кембрийском периоде (543-485 млн. лет назад), а в докембрии или криптозое (3,9 млрд - 543 млн лет назад) на нашей планете существовали лишь бактерии и, возможно, некоторые одноклеточные. Но к середине 80-х годов на всех континентах кроме Антарктиды были обнаружены докембрийские бесскелетные организмы множества разновидностей. Их общими признаками можно назвать отсутствие конечностей и пищеварительных органов, асимметричное расположение правых и левых сегментов, а также наличие ветвящейся трубчатой системы, которая пронизывает всё тело.

Впервые представители древнейшей фауны, дискообразные аспиделлы (Aspidellaterranovica), попались на глаза учёным в 1868 году вблизи Ньюфаундленда, но не были опознаны в качестве окаменелых живых существ, поскольку залегали ниже кембрийских слоёв.

В 1872 году авторитетный палеонтолог Элкан Биллингс (Elkanah Billings) предположил, что это всё-таки ископаемые останки. Но тогда научное сообщество оказалось не готово к столь смелым выводам, и их признание отложилось. В 1946 году Рег Спригг (Reg Sprigg) нашёл так называемых медузоидов в Эдиакарских холмах в Южной Австралии. На тот момент эти горные породы считались раннекембрийскими, и находка вновь не получила должного внимания.

Новые необычные ископаемые продолжали находить, например, на краю пустыни Намиб, и только в 1957 году с обнаружением в Чарнвудском лесу (Англия) организма, похожего на ветку растения, которому дали название – чарния (Charnia), было признано существование докембрийской биоты.

Установить связь между всеми предыдущими и новыми находками удалось Мартину Гласснеру (Martin  Glaessner). Признание существования относительно сложных форм жизни в докембрии повлекло выделение для них соответствующего периода в геологической истории Земли.

Трибрахидий (Tribrachidium heraldicum)

В 2004 году Международный союз геологической науки утвердил название «Эдиакарский период» или «Эдиакарий», в честь тех самых австралийских холмов, ставших поворотной точкой в изучении докембрийской биоты. В более ранней литературе чаще можно встретить термины «вендский период» или просто «венд», а также «вендобионты» для обозначения эдиакарской биоты. По современным представлениям Эдиакарий охватывает временной интервал от 635 до 543 млн. лет назад и завершает собой докембрий.

Интересно, что эдиакарская биота просуществовала относительно недолго: появившись около 580 млн. лет назад, 545 млн. лет назад она исчезла, уступив место кембрийскому взрыву.

До сих пор существует несколько устоявшихся версий относительно того, как классифицировать вендобионтов. Спригг и Глесснер считали их предками современных кишечнополостных и червей и относили вендобионтов к существующим типам и классам животных. Сейчас этой версии придерживается так называемая «австралийская школа».

Остальные исследователи полагают, что их сходство только внешнее, и относить к современным группам их нельзя, поскольку они обладают уникальным строением. Так, например, в 1983 году М.А. Федонкин представил доказательства того, что вендобионты являлись билатерально-симметричными организмами и обладали так называемой «симметрией скользящего отражения». Такое строение тела можно сравнить с расположением зубцов в закрытой молнии. До Федонкина было принято считать это явление случайной деформацией в процессе захоронения.

В 1984 году Адольф Зейлахер (Adolf  Seilacher) предложил новый тип организации вендских животных. Например, исследователь выделил для вендобионтов общую черту – все они представляют собой варианты широкой ленты со вздутиями (Зейлахер назвал это «стёганым одеялом»).

Дело в том, что с точки зрения физики для оптимального газообмена и питания у живого организма должно быть определённое соотношение площади поверхности и размеров тела или физиологический предел размеров тела. Современные (фанерозойские) многоклеточные организмы достигли его с помощью множества выростов и впячиваний с большой поверхностью (лёгкие, жабры, пищеварительная система и другие).

При этом им удалось сохранить (с некоторыми поправками) круглое в сечении тело. А вот вендобионты пошли иным путём и превратились в максимально плоские организмы без сложных внутренних структур. Их размеры варьировались от миллиметров до нескольких метров.

Эдиакарские ископаемые дикинсонии (Dickinsoniacostata), найденные в Южной Австралии

Сейчас выделяют несколько условных таксонов эдиакарской фауны, в основном в зависимости от формы тела: эмбрионы (0,1-0,2 мм); диски (до 180 мм), например, эдиакария (Ediacaria), цикломедуза (Cyclomedusa), ругоконитес (Rugoconites); мешкообразные (10-12 см); «стёганые одеяла» (от нескольких миллиметров до 4,5 метров), здесь выделяют также рангеоморфы (чарния) и проартикуляты [сприггина (Spriggina), ёргия (Yorgia)]. Но, несмотря на все старания учёных, многие организмы не вписываются в относительно общую классификацию и попадают в раздел «другие организмы» или «организмы, предположительно относящиеся к современным таксонам».

Существует мнение, что эти древние существа были буквально нашпигованы одноклеточными водорослями и существовали с ними в симбиозе. Это делало животных практически независимыми от внешних источников пищи. Аналоги такого сотрудничества можно найти и сейчас: например, глубоководные погонофоры и некоторые моллюски в процессе питания задействуют бактерий-хемоавтотрофов.

Вокруг вендобиотов не утихают многочисленные споры, но то, что все эти существа населяли моря и океаны, до недавнего времени сомнениям не подвергалось. Поэтому когда ещё в 1990 году палеоботаник Грегори Реталлак (Gregory Retallack) из Орегонского университета (University of Oregon) сделал предположение о том, что некоторые виды эдиакарской биоты вели наземный образ жизни и были скорее лишайниками, чем животными, это произвело эффект разорвавшейся бомбы. Однако на тот момент доводы учёного были признаны несостоятельными.

Но Реталлак всё-таки не сдался и продолжил исследование. Он полностью пересмотрел комплекс горных пород Эдиакарских холмов, где были найдены одни из первых вендобионтов, и обнаружил там несколько слоёв палеопочв. Небольшой размер и плохая окатанность зёрен в них более характерны для отложений, образовавшихся под действием ветра. Неоднородная поверхность эдиакарских слоёв с трещинами усыхания могла скорее возникнуть в условиях пустынь (например, арктического типа).

Кроме того, окаменевшие остатки некоторых организмов буквально пронизывали эти слои. А радиоуглеродный анализ показал высокую обогащённость эдиакарских слоёв лёгкими изотопами кислорода и углерода.

Эти и многие другие особенности окаменелостей и горных пород, по мнению Реталлака, однозначно свидетельствуют об их наземном происхождении, о чём исследователь подробно сообщил в своих статьях в журналах Nature и Sedimentology.

Новая волна жёсткой критики не заставила себя ждать. Вскоре на страницах тех же журналов вышли сразу три статьи, которые ставили под сомнение или даже полностью опровергали доводы Реталлака. Например, палеонтолог Шухай Сяо (Shuhai Xiao) из Политехнического университета Виргинии в своей заметке подчеркнул некорректность термина «почва» для эдиакарских отложений. Кроме того, палеонтолог привёл ряд фактов, доказывающих возможность морского происхождения этих слоёв.

Сяо также отметил, что подобные австралийским окаменелости были обнаружены по всему миру в весьма разнообразных отложениях. Геолог Пол Нот (Paul Knauth) из Университета штата Аризона упрекнул Реталлака в отсутствии серьёзных седиментологических доказательств наличия эдиакарских палеопочв, но отметил, что допускает возможность существования некоторых видов на суше в позднем докембрии.

В пользу последнего довода свидетельствуют данные радиоуглеродного анализа и содержание лёгких изотопов углерода.

A) Avalofractus abaculus B) Beothukis sp. C) Vinlandia antecedens D) Charnia masoni E) Fractofusus misrai F) Bradgatia sp.

Британские коллеги во главе с палеонтологом Мартином Бразье (Martin Brasier) из Оксфордского университета также не остались в стороне и развернули научную полемику на станицах журнала Sedimentology о возможности существования эдиакарской биоты на суше.

Несмотря на неутихающие споры и поиски новых доказательств, учёные всё-таки сходятся во мнении, что если допустить правомерность выводов Реталлака, то придётся признать, что жизнь вышла на сушу значительно раньше, чем это было принято считать. А из этого следует, что и приблизительная дата её зарождения под водой отодвигается на несколько десятков миллионов лет.

http://polit.ru/article/2013/04/17/ps_ediakbiota/