Кембрійський вибух життя: можливо, його спричинили… фекалії

Приблизно 540 мільйонів років тому на Землі відбулася справжня еволюційна сенсація. За якихось 20–30 мільйонів років — мить за геологічними мірками — в океанах з’явилися майже всі сучасні типи тварин: членистоногі, хордові, молюски, голкошкірі. Цю подію називають кембрійським вибухом, і вона досі залишається однією з найбільших загадок палеонтології.

Досі вчені здебільшого пояснювали її зростанням рівня кисню в атмосфері та океані. Але нещодавно з’явилася несподівана гіпотеза: життя могло «вибухнути» завдяки… фекаліям. Так, саме випорожненням стародавніх тварин.

Що таке кембрійський вибух?

Зміст

Що таке кембрійський вибух?
Нова гіпотеза: відходи як паливо для еволюції
Копроліти
Чи означає це, що кисень не важливий?

Кембрійський період (539–486 мільйонів років тому) став часом, коли еволюція різко прискорилася. До нього океани населяли переважно м’якотілі, прості істоти — губки, медузи, червоподібні. Але в кембрії з’явилися тверді скелети, панцирі, складні очі та кінцівки. Це дало поштовх до появи великих, активних хижаків і жертв, а також складних харчових мереж. Традиційно вважалося, що головним каталізатором стало підвищення рівня кисню, яке дозволило тваринам збільшитися й отримувати більше енергії ¹. Однак нове дослідження пропонує поглянути на проблему з іншого боку — з боку харчування та відходів.

Нова гіпотеза: відходи як паливо для еволюції

Палеобіологи Жульєн Кімміг із Державного музею природознавства в Карлсруе (Німеччина) та Рассел Бікнелл з Університету Фліндерса (Австралія) провели огляд усіх відомих викопних фекалій (копролітів) кембрійського періоду. Результати опубліковано в журналі Trends in Ecology & Evolution. Учені проаналізували 36 родовищ, де знайдено копроліти, — від мікроскопічних «килимків» до сантиметрових циліндричних зразків. Вони виявили, що перші копроліти з’являються в осадових породах близько 538,8 мільйона років тому — майже одночасно з початком кембрійського вибуху.

За словами Бікнелла, дослідники розглянули стародавні раціони, дедалі складніші травні системи та харчові взаємодії в широкому контексті. Вони припустили, що в міру того як у тварин з’являлися ефективніші травні системи, вони почали переробляти різноманітнішу їжу — і, відповідно, виробляти більше фекалій. Ці відходи насичували воду азотом, фосфором, залізом та іншими поживними речовинами, створюючи своєрідне «добриво» для океану.

Копроліти

Перш ніж копроліти потрапили в поле зору вчених, докази існування тварин у едіакарії (600–540 млн років тому) були, але скам’янілих фекалій не знаходили. Саме в кембрії копроліти стають масовими. Вони різноманітні за формою: від круглих до спіральних, від дрібних до великих. Така різноманітність свідчить про те, що вже тоді існували різні типи травлення — від фільтраторів до хижаків. Аналізуючи склад копролітів, учені можуть реконструювати харчові ланцюги: хто кого їв і які поживні речовини потрапляли в екосистему.

Як зазначив Бікнелл у пресрелізі, «важливість фекалій у стародавніх екосистемах часто недооцінюють». І справді: у сучасному океані екскременти тварин відіграють ключову роль у кругообігу речовин, переносячи органіку з поверхні в глибини. У кембрії цей процес міг запустити позитивний зворотний зв’язок: більше тварин — більше фекалій — більше поживних речовин — більше планктону — більше їжі для тварин.

Чи означає це, що кисень не важливий?

Зовсім ні. Кисень залишається ключовим фактором. Дослідження 2024 року, опубліковане в Nature Geoscience міжнародним консорціумом, показало, що в кембрії відбулося невелике, але достатнє підвищення рівня кисню в мілководних океанах, яке й могло дати старт вибуху. Однак нова гіпотеза не заперечує цього — вона доповнює картину. Кисень давав енергію, а фекалії — поживні речовини. Разом вони могли створити ідеальні умови для швидкого розвитку життя.

Варто зауважити, що поки що це лише гіпотеза, заснована на кореляції, а не на прямому експерименті. Автори самі наголошують, що для її підтвердження потрібні додаткові знахідки копролітів та моделювання стародавніх кругообігів речовин. Однак сама ідея про те, що «фекальний вибух» міг прискорити еволюцію, змушує по-новому подивитися на роль, яку відіграють навіть найменш привабливі аспекти життя.