Овладев мощнейшим на планете источником энергии — солнечным излучением, бактериальные сообщества включились в образование новых горных пород и минералов, чем ускорили рост континентальной коры и тем самым — процессы, связанные с тектоникой плит. Эти же сообщества сначала не дали планете замерзнуть, укрыв поверхность Земли метановой оболочкой, а затем «переформатировали» атмосферу из анаэробной в кислородную.
Новые условия способствовали симбиогенезу различных прокариот и появлению эукариотной клетки с последующей бурной эволюцией всех основных ветвей эукариот: из протерозойских отложений, накопившихся 1800–635 млн лет назад, достоверно известны остатки представителей красных, зеленых и празинофитовых водорослей, фораминифер, желто-зеленых водорослей, инфузорий тинтиннид, раковинных амеб и, возможно, слизевиков, а также грибов. Одновременно было положено начало новому углеродному циклу, при котором каждый атом углерода от 10 до 75 раз в год успевает попасть из атмосферного углекислого газа в фотосинтезирующий организм, оттуда — прямо в детрит или в тот же детрит, но пройдя через чьи-нибудь пищеварительные органеллы или органы, и после окончательного распада органического вещества снова вернуться в атмосферу. Именно с этим циклом, вероятно, было связано наступление периодических похолоданий, включая самые суровые — криогеновые и раннеэдиакарские (720–580 млн лет назад). Были подчинены живым организмам — бактериям и археям, позднее водорослям — и циклы других важных элементов (включая железо, марганец, кальций, магний, калий, натрий, молибден, хром, медь) на поверхности планеты вплоть до нескольких километров в ее недрах. Побочный эффект деятельности микробов и первых эукариот, наряду с образованием кислородной атмосферы, выразился в появлении 3000 новых разновидностей минералов (из примерно 5000 существующих) и формировании крупнейших за всю историю Земли месторождений железа, молибдена, урана, марганца, отчасти хрома, никеля, меди, золота, иных металлов платиновой группы и ряда других элементов.
По окончании криогеновых и раннеэдиакарского ледниковых периодов океан за счет таяния ледовых масс и усиления стока с континентов минеральных веществ насытился ионами ортофосфата, железа и других биогенных элементов. В морских бассейнах повысилась продуктивность фитопланктона и водорослевого бентоса. В условиях низкого содержания кислорода растворенный фосфат постоянно и быстро возвращался в приповерхностные воды, где вновь и вновь способствовал «цветению» фитопланктона, для разложения отмерших остатков которого бактерии расходовали дефицитный кислород. Бескислородная придонная среда с развитыми сообществами сульфатвосстанавливающих бактерий поддерживала в океане сероводородные и закисные обстановки и одновременно выводила сульфат-ион. Поскольку последний конкурирует за ионы магния и кальция с карбонатом и фосфатом, нейтрализация сульфата способствовала образованию мощных отложений доломитов и важнейших месторождений фосфоритов.
Во второй половине эдиакарского периода (570–541 млн лет назад) в мелководных кислородных оазисах стали развиваться крупные многоклеточные вендобионты и первые скелетные животные. Появление вендобионтов — организмов, способных питаться растворенным органическим веществом, и скелетных фильтраторов привело к необратимым изменениям в океане. Именно вендобионты, другие осмотрофы и фильтраторы начали очистку водной толщи от взвешенной и растворенной органики. Современные животные-фильтраторы способны очистить весь объем океана всего за полгода. Их эдиакарским предшественникам понадобилось 30 млн лет, пока океан стал пригоден для жизни новых существ, но неприемлем для самих гигантских осмотрофов. Исчезали вендобионты по мере того, как океан высвобождался от органической взвеси и все более насыщался кислородом; рубеж 550 млн лет преодолела лишь малая толика эдиакарских обитателей. Им на смену пришла уже иная жизнь. И чтобы выжить, животным понадобились совсем другие — прочные и в то же время эластичные — биоминеральные скелеты, создание которых было невозможно без достаточных объемов кислорода. Даже эдиакарские скелетные организмы не приживались не только в анаэробных водах, но и в среде с пониженным содержанием кислорода (в марганцевом океане).
Одновременно изменения соотношения ионов магния и кальция в пользу последнего привели к переходу океана из доломитового состояния (эдиакарский период) в арагонитовое (первая половина раннекембрийской эпохи), а затем в кальцитовое (начиная со второй половины раннекембрийской эпохи), которое поддерживалось вплоть до конца девонского периода. Обе, доломитовая и арагонитовая, эпохи характеризовались обилием арагонитовых и Mg-кальцитовых биоминералов, но только в первую из них формировались огромные толщи раннего доломита и гигантские ооиды и ботриоиды. А темпы накопления карбонатов составляли в разных морских бассейнах от 65 до 100 м за 1000 лет, т. е. были исключительно высокими. В кальцитовую эпоху основным неорганическим и органическим минералом был кальцит. Одновременно менялся и климат Земли: от ледникового — к холодному и наконец — к теплому (парниковому).
Стремительное наполнение океана разнообразными организмами — кембрийский взрыв — и последующая Великая ордовикская радиация (541–445 млн лет назад) выразились не только в появлении практических всех современных типов животных. Главным итогом этого явления стало основание пока еще малоэтажной пищевой пирамиды и распределение многочисленных видов по ролям — формирование обширных трофических группировок, или гильдий: фильтраторов, суспензиефагов, детритофагов (илоедов) и хищников.
Бурная жизнь отныне протекала не только на мелководье, как в эдиакарском периоде, но и во всей водной толще. Все вместе многоклеточные существа снова преобразили Мировой океан: освободили верхние слои от избытков органического вещества и тем самым способствовали насыщению этой части водной толщи кислородом, а донные отложения превратили в очень изменчивую, подвижную среду существования. Не подъем уровня кислорода как таковой стал «детонатором кембрийского взрыва», а, напротив, деятельность различных трофических гильдий — осмотрофов, позднее — фильтраторов и суспензиефагов, совместными усилиями направивших поток растворенного и взвешенного органического вещества на дно, позволила этому газу накапливаться в океане.
Пришел конец биопленкам, биоматам, а вслед за ними и любым малоподвижным обитателям мягкого ила. Давление хищников способствовало совершенствованию биоминеральных скелетов и увеличению их размеров. Рост обилия организмов с известковым скелетом привел к снижению насыщенности океана ионами кальция; как результат перестали образовываться гигантские ооиды и ботриоиды, почти исчезли строматолиты. Известняки все в большей степени стали превращаться в крупнозернистую породу с обильным скелетным материалом, а место бактериальных строматолитов и тромболитов заняли рифы, образованные обызвествленными губками, позднее — кораллами. Поскольку карбонатная минерализация ведет к выделению углекислого газа, на планете потеплело. Палеозойские фосфориты тоже стали скелетными, а не бактериальными, как в эдиакарских толщах. Появились кремнистые отложения, почти нацело сложенные раковинками одноклеточных организмов, а к середине ордовикского периода — первые горючие сланцы, тоже образовавшиеся из отмерших органических остатков.
