Около 540 миллионов лет назад на Земле произошло событие, которое до сих пор остаётся одной из величайших загадок палеонтологии. Кембрийский взрыв — период, когда за сравнительно короткое время появились предки большинства современных групп животных. Учёные долго спорили о причинах этого эволюционного скачка. Назывались повышение уровня кислорода, появление озонового слоя и другие факторы. Но новое исследование предлагает неожиданный вариант ответа: ключевую роль могла сыграть «фекальная революция».
Группа учёных из Австралии и Германии под руководством биолога-эволюциониста Рассела Бикнелла изучила древние диеты, пищеварительные системы и трофические взаимодействия животных, обитавших в океанах в конце эдиакарского и начале кембрийского периодов. Их вывод, опубликованный в обзорном исследовании, гласит: появление животных с кишечником кардинально изменило круговорот органического вещества в океанах. Органические отходы, попадая в воду, обогащали её питательными веществами и создавали условия для дальнейшего развития экосистем.
Исследователи изучили древние окаменелые экскременты, известные как копролиты. Древнейшие образцы датируются ранним кембрием — около 540 миллионов лет назад. По мере того как ископаемая летопись становилась более разнообразной, росло и количество сохранившихся экскрементов. Самые ранние образцы представляли собой крошечные гранулы, но по мере того, как формы жизни становились крупнее, их отходы жизнедеятельности тоже увеличивались в размерах.
Бикнелл отметил, что в летописи окаменелостей становится ясно, как эволюция стратегий питания согласуется с производством и распределением органического углерода и питательных веществ. Это привело к созданию условий, которые мы наблюдаем в современных океанах. По мере того как появлялось всё больше разнообразных организмов, они, сами того не ведая, помогали прокладывать путь для будущих форм жизни.
Механизм этой «революции» выглядит так. Животные с кишечником начали перерабатывать органику более эффективно, чем их предшественники. Вместо того чтобы просто умирать и оседать на дно, живые организмы стали активно выделять отходы в толщу воды. Эти отходы содержали питательные вещества — азот, фосфор, углерод, которые были доступны для других организмов. Быстрое увеличение размеров тел во время кембрийской радиации привело к увеличению размера копролитов, что создало положительную обратную связь, ещё больше ускорившую формирование экосистем.
Другими словами, чем больше становились животные, тем больше отходов они производили. Чем больше отходов оказывалось в воде, тем больше питательных веществ получали другие организмы. Чем больше организмов получало питание, тем больше становилось биоразнообразие и тем крупнее становились животные. Замкнутый круг, который сам себя ускорял.
«Эта фекальная революция, наряду с повышением уровня кислорода и другими факторами, помогла запустить тот биологический взрыв, который в конечном итоге привел к появлению всех современных групп животных, включая нас самих», — заключают учёные.
Эволюция пищеварительной системы оказалась не просто адаптацией отдельных видов. Она стала двигателем глобальных изменений в биосфере. Появление кишечника изменило химию океанов, сделало их более плодородными и создало основу для сложных пищевых сетей, которые существуют и сегодня. Животные кембрийского периода не знали, что их пищеварение формирует будущее планеты. Но именно оно, наряду с другими факторами, создало мир, в котором мы живём.
