Мир на дне океана стал немного яснее благодаря новому исследованию, которое отслеживает эволюцию слоёв морских отложений за сотни миллионов лет.
Это история создания мира в грандиозном, но детализированном масштабе, осуществлённая чередой морских животных, которые прокладывали себе путь через тепло и холод, расширение видов и массовые вымирания. Учёные называют этот процесс биотурбацией — выемка и перемешивание осадков и почв роющими животными, особенно для укрытия и пропитания.
«Биотурбация — одна из наиболее важных форм экосистемного инжиниринга сегодня, как в океанах, так и на суше», — сказала Лидия Тархан, доцент кафедры наук о Земле и планетах в Йельском факультете искусств и наук и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances.
«В океанах биотурбация играет решающую роль в формировании пригодности для жизни и экологии морского дна, а также в регулировании круговорота питательных веществ в надлежащих океанских водах, — сказала Тархан. — Однако то, как биотурбация менялась в прошлом Земли, и время эволюции, когда биотурбаторы стали столь влиятельными «инженерами», как сегодня, долгое время было плохо изучено».
Методы исследования
Помимо собственных данных, включая наблюдения из геологических полевых работ в США, Канаде, Испании и Австралии, а также кернов отложений, собранных из современных океанов, Тархан и её соавторы изучили более 1000 предыдущих научных исследований. Они искали информацию о том, насколько интенсивно перемешивались донные отложения, а также о шести типах окаменелых нор, которые обычно были одними из самых глубоких в морском дне. В итоге они собрали базу данных, охватывающую 540 миллионов лет истории Земли — почти всю эволюционную историю животной жизни.
Основные выводы исследования
Команда пришла к нескольким новым выводам:
1. Они обнаружили, что два основных типа биотурбации — рытьё нор и перемешивание осадков животными — развивались отдельно. Глубокое рытьё нор началось на раннем этапе эволюции животных; перемешивание осадков развивалось в течение сотен миллионов лет.
2. «Роющие животные, такие как черви, а позже моллюски и ракообразные, были многочисленными и широко распространёнными, по крайней мере, в мелководных океанах, — сказала Тархан, которая также является помощником куратора в Йельском музее Пибоди. — Им потребовалось больше времени, чтобы добраться до глубоких океанов. Но перемешивание осадков отставало. Мы предполагаем, что стресс из-за низкого уровня кислорода в океане, особенно в периоды тёплого «парникового» климата, мог быть основным фактором».
3. Уровни кислорода в океане, вероятно, были очень низкими, когда сообщества животных на морском дне только формировались, сказала она. При более высоких температурах воды метаболизм животных увеличивается, а вместе с ним и потребность в кислороде. Это, вероятно, означало, что перемешивание осадков, требующее больших затрат энергии, отошло на второй план по сравнению с менее интенсивным рытьём нор.
Исследователи также смогли начать документировать, как биотурбация была затронута серьёзными изменениями окружающей среды и массовыми вымираниями на протяжении всей истории. Например, во время пермского вымирания 252 миллиона лет назад, когда потенциально более 90% видов животных были уничтожены, биотурбация на какое-то время прекратилась. Затем медленно начали появляться небольшие горизонтальные норы.
Дальнейшие исследования изучат, какую роль сыграла столь значительно сниженная биотурбация в восстановлении питательных веществ в океане и последующем возрождении экосистем.
«Без чёткой картины того, как биотурбаторы реагировали на стрессовые факторы окружающей среды и как быстро они могли восстанавливаться после вымираний, наше понимание механизмов экологических каскадов, которые вызывают вымирание и определяют восстановление, остаётся весьма туманным, — сказала Тархан. — Это, безусловно, усложняет задачи, с которыми мы сталкиваемся, пытаясь предсказать экологические последствия нашего нынешнего кризиса вымирания».
Соавторами исследования являются Кейт Пиппенджер, аспирантка в лаборатории Тархан в Йеле, Элисон Крибб из Саутгемптонского университета, Мишель Зилл и Дэвид Боттджер из Университета Южной Калифорнии, Уильям Фелпс из Колледжа Риверсайд, Мэри Дрозер из Калифорнийского университета в Риверсайде и Мэтью Клэпхэм из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
Предоставлено Йельским университетом.