Фосфор – один из элементов, имеющих решающее значение для строения организмов и их метаболизма. Его круговорот в окружающей среде также является одним из наиболее изученных. Однако чешским палеонтологам Петеру Крафту и Михалу Мерглу пришло в голову, что в нашем понимании столь фундаментального процесса могут оставаться пробелы. Их работа, в которой по-новому рассматриваются изменения в цикле фосфора в течение геологического времени, была недавно опубликована в журнале Trends in Ecology & Evolution.
В комплексном исследовании интересных, но все еще малоизвестных девонских окаменелостей с фосфатными раковинами из Пражского бассейна в Чешской Республике Крафт и Мергл обсудили их появление в геологическом прошлом. В основном это были хорошо известные факты, включая постепенный спад, который достиг кульминации в конце раннего палеозоя в течение девона.
Однако они также отметили, что некоторые группы, представленные более крупными экземплярами в более древних пластах, в девоне породили карликовые формы. Как будто им не хватало материала раковин. Возникает логичный вопрос: почему? Вопрос о радикальной потере фосфора в окружающей среде оказался настолько интригующим, что оба автора взялись за детальное изучение различных аспектов круговорота этого элемента. Таким образом, этот побочный продукт их первоначального исследования превратился в независимый исследовательский проект.
“Цикл фосфора – это один из фундаментальных круговоротов элементов, который, помимо всего прочего, играет ключевую роль в биологии океанов. Поэтому ему посвящен целый ряд исследований. Проблема, однако, заключается в том, что подавляющее большинство из них изучает фосфорный цикл “человеческой эры”, который значительно изменил весь цикл. Поэтому мы решили предложить для публикации синтетическую модель эволюционной истории под влиянием фосфора”, — объясняет Крафт из Института геологии и палеонтологии факультета естественных наук Карлова университета в Праге.
Опубликованные исследования ясно показывают, что доступность фосфора в окружающей среде устанавливает четкий предел для расширения жизни. А поскольку доступность этого элемента может влиять как на краткосрочные, так и на долгосрочные процессы, авторы решили обсудить роль фосфора в трех фазах эволюции жизни в океанах.
Первая фаза – поздний докембрий (эдиакарский период), характеризующийся легкой доступностью фосфора и многочисленными скоплениями фосфатов. В сочетании с увеличением содержания кислорода это можно считать одной из ключевых причин появления многоклеточных организмов.
Ранний палеозой был критической эпохой круговорота фосфора из-за интенсивного участия биоты в его динамике. Первоначально фосфор был легко доступен в больших количествах, поэтому многие группы имели возможность создавать внешние фосфатные оболочки. Вероятно, это способствовало возникновению в истории Кембрийского взрыва – периода, когда в летописи окаменелостей за относительно короткий промежуток времени появились представители практически всех типов животных. Таким образом, кембрий был “золотым веком” для организмов с внешними фосфатными оболочками.
Однако в ордовикском периоде жизнь начала существенно меняться, и так называемое Великое ордовикское событие биоразнообразия (GOBE) значительно расширило как число таксонов, так и количество особей. Здесь изменилось основное использование фосфора: он стал необходим в клеточных структурах, а внешние фосфатные оболочки стали роскошью. Этот процесс был ускорен появлением и эволюционной диверсификацией позвоночных, которые, хотя и нуждались в большем количестве фосфора, лучше справлялись с ним. Это вторая эволюционная фаза завершилась взрывом позвоночных во время девонской нектонной революции и ознаменовала упадок групп с внешними фосфатными раковинами.
Последующая эпоха с конца палеозоя до наших дней характеризуется ограниченной, но в тоже время избирательной доступностью фосфора в морях и океанах. Геологические процессы, такие как варисский (400-300 млн лет назад) и альпийский горизонты (80 млн лет до настоящего времени), внесли большой вклад в доступность фосфора в океанах. Однако способность фосфора достигать океанов из своего основного источника в породах открытых континентов была затруднена распространением растительности на суше и другими факторами, такими как климат того времени. Самое главное, что он концентрировался в организмах в толще воды. А пелагические позвоночные были главным “фильтром”.
“Очень интересно, что колебания доступности фосфора в последевонские периоды повлияли на языкообразных брахиопод, которые не только смогли выжить с внешней фосфатной оболочкой, но и зафиксировали временное восстановление в третичный период”, — рассказывает Мергл с факультета образования Западночешского университета в Пльзене.
