Швидкі повороти магнітного поля протягом кембрійського періоду послабили захист Землі від космічних променів і ультрафіолету, і живим істотам в той час довелося терміново шукати вихід з положення, що склалося.
Зникнення динозаврів було далеко не єдиним і, до речі, далеко не найбільшим вимиранням в історії земного життя - бували часи, коли в небуття відправлялися 50%, 60%, а то й 95% видів живих істот.
Точні причини цих глобальних екологічних катастроф не цілком зрозумілі, хоча при їх обговоренні неминуче виникають як метеоритні гіпотези, так і версії, пов'язані з масштабними кліматичними змінами. Додаткова складність тут полягає в тому, щоб пояснити, чому одні види вимерли, а інші залишилися. А в разі вимирання, що передує так званому кембрійському вибуху, все виглядає тим більше дивно, тому що в кембрійський період нові види стали з'являтися з запаморочливою (за еволюційними мірками) швидкістю, і далеко не для всіх них вдається підібрати достовірного предка.
Геологічний період, що передував кембрію, називається едіакарій, і тривав він приблизно з 635 по 541 млн років. Життя в ті часи було виключно морським: дно океану покривали водорості і бактеріальні матюки, в яких різні види бактерій об'єднувалися в складне співтовариство. Багатоклітинні тварини, які також мешкали на дні або біля дна, були хоча й великими, але м'котлими, тому викопних останків від них майже не збереглося, і про те, як вони виглядали, доводиться здогадуватися за відбитками. Бактеріальні матюки, імовірно, не давали кисню проникнути глибоко в донний іл, і це багато в чому обмежувало поширення тут багатоклітинних форм - вони не могли глибоко зариватися в дно.
Але потім щось сталося, і едіакарське життя поступилося місцем кембрійським: з'явилося велике безліч організмів з ускладненою будовою тіла, з захисними екзоскелетними пластинами, зі складними очима тощо. Спочатку здавалося, що вони виникли нізвідки, тому що в едіакарі не було нікого, хто міг би стати предком новим істотам; потім з'ясувалося, що деякі особливості, деякі складності в будові все-таки існували і у колишніх форм, але не мали особливої «популярності».
Однак все одно залишалося незрозумілим, чому саме на кордоні едіакара і кембрія почалося вибухове видоутворення, так що в цей час встигли сформуватися майже всі сучасні типи живих істот. За однією з гіпотез, причиною тому був кисень: ціанобактерії, мільйони років займаючись фотосинтезом, нарешті, довели вміст кисню до того рівня, що більшість живих організмів змогли ефективно використовувати його для енергетичних потреб - що, в свою чергу, прискорило еволюцію. (У кисневої гіпотези є свої «але», про які ми писали деякий час тому.)
За іншою версією, поштовхом до видоутворення став новий тип екологічних взаємин: у стародавньому океані тварини раптом зрозуміли, що можна їсти не тільки бактерій, а й один одного. В одних - у хижаків - з'явилися потужні щелепи, інші стали жертвами, і жертви почали шукати способи захиститися від хижаків, звідси і броньований екзоскелет, та інше. Нарешті, нові види могли з'явитися після розпаду суперконтиненту Батьківщини: з одного боку, континентальний дрейф сприяв поділу популяцій (а видоутворення часто починається з поділу популяцій якогось існуючого виду), з іншого - могли з'явитися нові екологічні ніші.
У статті, опублікованій в журналі Gondwana Research, висувається ще одна гіпотеза, що пояснює перебудову земного життя після едіакарського періоду інверсією магнітних полюсів Землі. Північний і південний магнітний полюси в історії нашої планети мінялися місцями неодноразово, і ознаки таких звернень можна виявити в геологічних породах. Джозеф Меірт (Joseph G. Meert) з Флоридського університету разом з Наталією Левашовою і Михайлом Баженовим з Геологічного інституту РАН та Інституту фізики Землі РАН в ході досліджень скельних порід Уральських гір виявили, що в кембрії магнітне поле Землі змінювалося, і змінювалося дуже часто.
З іншого боку, відомо, що чим частіше за якийсь період обертається земне магнітне поле, тим слабкіше воно відхиляє від Землі космічні промені, що складаються з високоенергетичних елементарних частинок і атомних ядер, що літають по космосу. Без магнітної «парасольки» такі частинки долітають до озонового шару, руйнуючи його, а озоновий шар, як ми знаємо, фільтрує жорстке ультрафіолетове випромінювання. Тобто за часів кембрію земна поверхня в буквальному сенсі засмагала на жорсткому ультрафіолеті, тому що від 20% до 40% захисного озону було «з'їдено» космічними частинками.
Саме необхідність сховатися від УФ-променів могла спровокувати вимирання едіакарської біоти і початок кембрійського вибуху. Наприклад, у власників складних очей, здатних відчувати ультрафіолетовий спектр, тепер явно була перевага: вони могли вдень йти в глибину і взагалі шукати місця, захищені від небезпечного випромінювання. Така ж перевага з'являлася у броньованих видів - через пластини на тілі ультрафіолет теж не проникав.
У свою чергу, та ж броня могла стати в нагоді і при освоєнні літоральної зони, де м'котілі види піддавалися б одночасному ризику розбитися об каміння через хвилі і пересохнути під час відливу. Загалом, прагнення вберегтися від небезпечного світла підстьобнуло еволюцію і допомогло тваринам знайти нові екологічні ніші. Крім того, самі по собі ультрафіолетові промені здатні викликати мутації, а мутації, як відомо, є матеріал для природного відбору.
Така гіпотеза, очевидно, має право на існування, хоча деякі стверджують, що ультрафіолет навряд чи «добивав» до статевих клітин у тварин едіакара і кембрія, і тому не міг вносити в їх ДНК такі зміни, які перейшли б потомству. (Тут можна сказати, що вплив «поганого світла» міг бути опосередкованим: як було сказано вище, живі істоти могли просто прагнути до того, щоб їм, грубо кажучи, не пекло голову, і перевагу отримували ті, які знаходили найвдаліший вихід з положення.)
Так чи інакше, не варто шукати одну-єдину головну причину кембрійського вибуху - їх, очевидно, була не одна і не дві - але варто було б по можливості найбільш повно описати всі фактори, які посприяли в той час стрімкому розквіту земного життя.
За матеріалами Science.