Черви, жившие в морях в начале кембрийского периода, своим участием в геохимических процессах помогали поддерживать уровень кислорода именно на том уровне, который был необходим для развития других форм жизни.

В начале кембрийского периода (то есть около 570-540 млн лет назад) на Земле случилось внезапное увеличение биоразнообразия. За короткое время появилось много организмов, для которых далеко не всегда можно найти предков в более ранние эпохи; в кембрии появляются иглокожие, моллюски, членистоногие, хордовые. О причинах кембрийского взрыва биологи гадают до сих пор, но одна из самых популярных гипотез состоит в том, что новые сложные организмы получили возможность развиваться благодаря «кислородной катастрофе» – сильному увеличению концентрации кислорода в атмосфере, произошедшему благодаря деятельности фотосинтезирующих цианобактерий.

Древние донные черви помогали поддерживать уровень кислорода в море и в атмосфере на нужном уровне. (Фото Ken Lucas / Visuals Unlimited / Corbis).

Однако для того, чтобы «жизнь наладилась», кислород должен был быть на определённом, правильном уровне. Будь его слишком мало, его бы просто не хватило для нужд развивающихся организмов, а если бы его было слишком много, он бы вызывал окислительный стресс у клеток, которые научились использовать кислород для добычи энергии, но ещё не научились справляться с его избытком. Кроме того, слишком высокий уровень кислорода в атмосфере попросту угрожал бы постоянными пожарами. Можно предположить, что существовал некий регулятор, который не допускал резких перепадов кислорода в атмосфере.

По мнению Ричарда Бойла (Richard Boyle) из Университета Южной Дании, таким регулятором могли быть донные океанические черви, жившие в начале кембрийского периода. Размеров они могли быть самых разных, вплоть до 40 см в длину, работа же их состояла в том, чтобы в буквальном смысле перепахивать морское дно. Проделывая ходы в осадочных донных слоях и взрыхляя их, они обеспечивали доступ насыщенной кислородом морской воды к бактериям, обитавшим в иле.

Получив доступ к кислороду, бактерии начинали активно запасать фосфаты (соединения фосфорных кислот), необходимые любому живому организму. Фосфаты скапливались в донных отложениях, их становилось меньше в самой морской воде. А это плохо сказывалось на фотосинтезирующих организмах, которые не могли расти и размножаться без соединений фосфора. То есть и интенсивность фотосинтеза, и уровень кислорода снижались. Получалась отрицательная обратная связь: чем больше кислорода в морской воде, тем меньше в ней необходимых для живых организмов фосфатов – и тем меньше самого кислорода. Но работала такая отрицательная обратная связь благодаря донным червям (не только, впрочем, червям, а любым донным организмам, копающимся в морском дне). В результате уровень кислорода не мог достичь опасного слишком высокого уровня.

Но не мог ли уровень кислорода благодаря тем же червям упасть, наоборот, слишком низко? В таком случае его недостаток напрямую отразился бы на жизни самих донных животных, которые уже не могли так активно перекапывать дно – их попросту стало бы меньше из-за неблагоприятных условий среды. И тогда уровень кислорода в воде опять пошёл бы вверх, так как фотосинтезирующие водоросли снова бы получили достаточное количество фосфора.

В статье в Nature Geoscience Ричард Бойл и его коллеги из Великобритании, Китая и Германии подробно описывают такую модель геохимических циклов, опирающуюся на деятельность донных животных. Сама по себе она вполне может объяснить, почему в те древние времена уровень кислорода оставался таким, каким нужно. Однако это вовсе не значит, что донные черви были единственными, кто, так сказать, держал в руках судьбы мира – здесь могли быть и другие регуляторы, и исследователям ещё предстоит выяснить, какое место среди них занимали обитатели дна.