Причиной Кембрийского взрыва стала смена магнитных полюсов

Крупнейший скачок в сложности и разнообразии живых организмов произошел около 550 миллионов лет назад. В эпоху Кембрийского взрыва жизнь на Земле приобрела привычные нам очертания. Ученые из России и США выдвигают новую версию, «виня» во всем глобальное магнитное поле планеты. Статью с изложением гипотезы публикует журнал Gondwana Research.

Кембрийский взрыв стал одним из самых значительных эволюционных скачков в масштабах всей земной биосферы. Миллиардами лет до него жизнь оставалась мягкотелой, малоподвижной и была представлена, в основном, одноклеточными организмами, водорослями и бактериальными матами. Однако около 540 миллионов лет назад произошел резкий прорыв сразу по нескольким направлениям: появились животные с экзоскелетом, довольно развитым зрением, способные копать и активно двигаться — предки современных моллюсков, членистоногих, хордовых и т.д.

Причины Кембрийского взрыва биоразнообразия остаются неясными, и для объяснения ему выдвигаются самые разные гипотезы: появление полового размножения или билатеральности; резкое похолодание климата или раскол суперконтинента Родинии, открывший множество прежде не существовавших экологических ниш; развитие отношений «хищник — жертва» или накопление в атмосфере такой концентрации кислорода, которое позволило быстро развивать многоклеточность и специализацию. В своей новой публикации старший научный сотрудник Геологического института РАН Михаил Баженов и его коллеги выдвигают новую версию.

Авторы отмечают, что задолго до Кембрийского взрыва происходило необычно активное движение тектонических плит, которое регистрируется начиная с 600 миллионов лет назад. Некоторые палеогеологи связывают это с повышенной активностью глобального магнитного поля Земли, которое вовлекало в движение и мантию, и лежащие на ней плиты. И действительно, существует масса свидетельств тому, что в ту эпоху геомагнетизм был не столь «устоявшимся», и смены магнитных полюсов планеты случались на порядок чаще. Так, исследования минералов южноуральского разреза Зиган, датированных примерно 550 миллионами лет назад, указывают на 24 смены полюсов, произошедших за миллион лет, против 2–3 за тот же срок в современную эпоху.

Такая гиперактивность геомагнитного поля могла ослаблять дипольный магнитный момент Земли, в результате чего магнитопауза — граница, на которой поле останавливает поток заряженных частиц из космоса — оказывалась намного ближе к поверхности планеты. Сегодня она находится далеко за пределами атмосферы, примерно в 10-ти радиусах Земли. Однако, как указывают Баженов с соавторами, в моменты смены магнитных полюсов граница магнитосферы может снижаться до 1,3–1,8 радиуса.

В результате прилетающие от Солнца частицы не успевали отклониться магнитосферой и могли взаимодействовать с верхними слоями атмосферы. Свой вклад вносило и космическое излучение: содержание озона в верхних слоях атмосферы могло резко упасть, при некоторых условиях — на целых 40 процентов, а в приполярных регионах и на 80 процентов. Между тем, 40—процентное падение вдвое повышает уровень опасного для живых организмов ультрафиолетового излучения у поверхности Земли.

Впрочем, биологические эффекты ультрафиолета проявляются и при меньшем ослаблении озонового слоя. Недаром ученые замечают, что Кембрийскому взрыву предшествовал серьезный биосферный кризис и вымирание «мягкотелых» представителей эдиакарской фауны 550–542 миллионов лет назад. Именно ультрафиолет мог поставить жизнь под серьезную угрозу и, если новая гипотеза верна, потребовал новых быстрых адаптаций.

Вертикальные миграции сине-зеленых водорослей в толщу бактериальных матов обеспечили более глубокое насыщение их кислородом. Следом за водорослями могли «потянуться» питающиеся ими подвижные организмы, которые научились «закапываться». Стало быстро развиваться светочувствительное зрение и подвижность. Появилось хищничество, а затем раковины и экзоскелеты, дававшие защиту и от нападения, и от ультрафиолета. Нововведения имели синергический эффект: многие из них позволили живым организмам быстро занимать освободившиеся экологические ниши и осваивать новые.