Эдиакарская фауна просуществовала в Мировом океане примерно 30 млн лет или чуть дольше. За первой находкой в Австралии быстро последовали открытия ископаемых животных подобного типа на всех континентах, в том числе и у нас в России (побережье Белого моря, Средний Урал, Сибирь). Широкая распространенность эдиакарцев и их высокое видовое разнообразие показывают, что для своей эпохи это была вполне процветающая группа, которую можно назвать «неудачной» лишь в ретроспективе сегодняшнего дня. В свое время эдиакарские многоклеточные были хозяевами морей и океанов.
Есть мнение, что пышный расцвет эдиакарских многоклеточных был как-то связан с быстрым ростом концентрации кислорода в океанических водах примерно 560 млн лет тому назад. Крупные и сложно организованные метазои имеют гораздо более высокий уровень обмена веществ по сравнению с протистами, даже колониальными. Обилие кислорода в воде создает надежный источник энергии для животных, что могло стать предпосылкой для выхода эдиакарских организмов на эволюционную сцену
[119].
Однако самые первые метазои, возникшие, если доверять тиканью молекулярных часов, задолго до появления эдиакарской фауны, должны были существовать в куда более жестких условиях. Жизнь их совсем не баловала. Мало того что концентрация кислорода была гораздо ниже, так и глобальный климат был далеко не курортным. Геологи называют период времени между 720 и 635 млн лет назад криогеном. Название «говорящее»: эта эпоха была самой холодной в истории Земли, ледниковые щиты с полюсов доходили тогда почти до экватора. Трудно сказать наверняка, каким образом это могло стимулировать появление многоклеточных животных, но многих палеобиологов привлекает возможность связать важнейшее эволюционное событие с самыми экстремальными условиями, которые когда-либо устанавливались на планете. Доказать, что это не просто совпадение во времени. Благодаря физическим свойствам воды, ее высокой теплоемкости, глобальное похолодание не так сильно воздействует на морских животных, как на наземных, но если реальность соответствовала самым радикальным палеоклиматическим сценариям, то даже в океане эпохи криогена условия должны были быть весьма суровы. Не исключено, что в самые холодные периоды древняя жизнь сохранялась лишь в отдельных участках гидросферы, например в подводных гидротермальных источниках или поблизости от них. Пережив в таких убежищах экстремальные холода, организмы могли впоследствии вновь расселиться по всему океану. А вот низкая концентрация в воде кислорода, видимо, не оказывала угнетающего действия на самых первых метазоев, потому что их размеры были очень малы и они не испытывали потребности в интенсивном потреблении кислорода.
В последние годы активно обсуждается еще два сообщества ископаемых, которые могут быть старше эдиакарских и, возможно, включают в себя настоящих многоклеточных животных. Оба описаны из докембрийских отложений Китая. Это так называемые ланьтянская и веньянская биоты. Энтузиасты находят в них не только предполагаемые остатки метазойных организмов, но даже фоссилии, интерпретируемые как «докембрийские эмбрионы» многоклеточных животных. Более скептично настроенные палеобиологи указывают, что для окончательных выводов данных пока маловато: «Ни один из признаков, используемых для подтверждения [животного происхождения этих фоссилий] …не является уникальным для животных», и, хотя предлагаемую интерпретацию «нельзя отвергнуть, их родственные связи с другими эукариотами, включая клады водорослей и протистов, столь же возможны и требуют дальнейшего исследования»
[120].
Загадка № 2. Каковы причины и предпосылки великой скелетной революции, произошедшей в начале кембрия?
Эдиакарская биота, как мы сейчас понимаем, была лишь первым этапом серии эволюционных экспериментов с морфологией многоклеточных животных, имевших место между концом криогена и началом ордовика. По крайней мере, если рассматривать только события, хоть как-то задокументированные палеонтологической летописью. Ни до ни после ничего похожего с метазоями не случалось. К началу ордовика «экспериментальный» этап их эволюции завершился. Появились все планы строения, характерные для отдельных типов животных, и, насколько нам известно, за последующие полмиллиарда лет новых не возникло. Конечно, метазои продолжали эволюционировать и дальше, но их преобразования происходили в рамках уже существующих типов. В посткембрийское время возникали новые классы, включая такие прогрессивные и успешные, как классы насекомых, рептилий и млекопитающих, но не новые типы.
К слову сказать, традиционное представление, что скелетные структуры появились у животных только в кембрии, в последние годы стало подвергаться обоснованному сомнению. На территории африканской Намибии больше 100 лет назад была открыта так называемая биота Нама, существовавшая между 550 и 538 млн лет назад. Ее представители, во многом до сих пор загадочные, обладали биоминерализованными скелетами и жили за несколько миллионов лет до начала «официального» кембрия.
Предпосылки и возможные причины скелетной революции палеобиологи обычно ищут в глобальных изменениях в оболочках Земли, происходивших в кембрийский период. Любой скелет животного, и наружный и внутренний, — это продукт определенных химических процессов, обусловленный параметрами конкретной среды обитания. Например, раковина моллюсков — это сложное образование, состоящее в основном из CaCO3 (карбонат кальция) с добавлением различных органических веществ. В химически агрессивной среде (скажем, с низкими значениями pH) или в среде, очень бедной кальцием, раковинные моллюски совсем не выживают или же их раковины становятся тонкими, словно бумага, и уже не так надежно защищают своих владельцев от вражеских поползновений. Не забудем и то, что обладание скелетом — это весьма дорогое удовольствие с энергетической точки зрения. Такая адаптация возможна только тогда, когда выгоды от ее приобретения с лихвой перекрывают все понесенные затраты. Эволюция многолика. Иногда она ведет себя как свободный художник, но нередко принимает облик сухаря-бухгалтера, озабоченно сводящего баланс прибылей и убытков. Массовое обзаведение скелетами наверняка было связано с какими-то переменами планетарного масштаба.
Что же особенного произошло на границе докембрия и кембрия с атмосферой и гидросферой нашей планеты?
Поскольку эта история связана с размерами животных и усложнением их строения, нам опять не уйти от колебаний доступности кислорода. Резкое возрастание концентрации этого газа в начале существования эдиакарской биоты сменилось значительным падением близ границы криптозоя и фанерозоя. Вероятно, поэтому первые представители кембрийской скелетной фауны были очень мелкими (размер раковины самых ранних моллюсков, к примеру, составлял 2–3 мм или меньше). В течение кембрия количество доступного кислорода постепенно возрастало, а вслед за этим увеличивались и размеры животных. Но это был процесс нелинейный. Современные исследования выявили своеобразную ритмику концентрации кислорода в кембрийских морях, при которой ее рост сменялся падением, а потом цикл повторялся заново. Удалось даже сопоставить отдельные фазы этой ритмики с эволюционными событиями. Например, подъем концентрации кислорода, случившийся примерно 518 млн лет назад, совпал по времени с появлением в каменной летописи разнообразных хищных членистоногих, способных разгрызать или разламывать скелеты своих жертв. Другой кислородный пик, датируемый 514 млн лет назад, соответствует появлению иглокожих животных. Есть и другие примеры подобных совпадений. Интересно то, что «провалы» кривой концентрации кислорода нередко сопровождались более или менее заметными вымираниями морской фауны
[121].
