Эволюционный взрыв» в начале кембрийского периода

Археозойская и протерозойская эры геологической ис­тории Земли оставили чрезвычайно мало ископаемых ос­татков организмов, поэтому обе эти эры называют этапом скрытой жизни или криптозоем. Наиболее важными собы­тиями в криптозое стали: появление прокариотных (безъ­ядерных) одноклеточных организмов, способных к фотосин­тезу, переход к эукариотному уровню организации клетки и возникновение многоклеточных организмов. И вот после «немых» осадочных пород криптозоя в кремнистых слан­цах, соответствующих началу кембрийского периода (около 570 млн. лет назад), внезапно появляется огромное разнооб­разие и обилие остатков ископаемых организмов. Среди них и низшие многоклеточные (губки, кишечнополостные), и высокоразвитые типы животных (плеченогие, моллюски, членистоногие и др.). В осадочных породах позднего кембрия находят почти все известные типы многоклеточных живот­ных. Этот взрыв формообразования в начале кембрийского периода — одно из самых загадочных событий в геологиче­ской истории Земли. Благодаря этому криптозой часто на­зывают докембрием, а всю последующую историю Земли — этапом явной, наблюдаемой жизни или фанерозоем.

Что же привело к этому «эволюционному взрыву»? Некоторые ученые считают, что он был обусловлен ката­строфическими изменениями внешних условий, напри­мер, повышением уровня жесткой космической радиации в результате взрыва Сверхновой звезды на близком рас­стоянии от Солнца. Это резко усилило мутационные про­цессы и, как следствие, способствовало возникновению новых организменных форм. Однако такая концепция не выдерживает критики, так как эволюционные изменения обычно порождаются малыми мутационными сдвигами, а сильные мутации, как правило, летальны. Вообще, к «катастрофическим» объяснениям эволюционных явле­ний, особенно опирающимся на такие космические ано­малии, как взрывы и столкновения, следует относиться очень осторожно, предпочитая им концепции, основанные на анализе конкретных земных факторов.

Одна из таких концепций, выдвинутая в 60-е годы XX в. (Л. Беркнер и Л. Маршалл), связывает «эволюци­онный взрыв» в начале кембрия с изменением содержа­ния свободного кислорода в земной атмосфере. Как уже отмечалось выше, зарождение жизни произошло в бески­слородной атмосфере. Необходимую энергию для проте­кания жизненных процессов организмы получали тогда в результате анаэробной диссимиляции (брожения)

С₆Н₁₂О₆ -> 2СН₃СН₂СН + 2СО₂ + 210 кДж/моль.

Данная химическая реакция в 14 раз энергетически менее эффективна, чем аэробная диссимиляция (дыхание)

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ -> 6СО₂ + 6Н₂О + 2870 кДж/моль.

Но для этой реакции требуется свободный кислород, ко­торого тогда в атмосфере не было. Он стал накапливаться, когда в сине-зеленых водорослях начался процесс фотосин­теза. Около 600 млн. лет назад содержание свободного ки­слорода в атмосфере достигло 0,01 от современного (так на­зываемая точка Пастера). Именно с этого момента дыха­ние становится основным источником энергии организмов, что резко интенсифицирует метаболизм и все жизненные процессы. Это и явилось предпосылкой к ускорению эво­люционных преобразований. Также начал формировать­ся озоновый экран, который защищал от жесткой ультра­фиолетовой радиации сначала верхние слои водоемов, а за­чтем и сушу, где условия для повышения разнообразия форм становятся более благоприятными, чем в глубинах океана. Все это и привело к тому, что в течение всего 15 млн. лет кембрийского периода в палеонтологической летопи­си Земли появились представители почти всех известных типов организмов.