Исследование, проведенное под руководством Технологического университета Чэнду, позволило создать астрохронологическую шкалу высокого разрешения, охватывающую примерно 57,6 млн лет раннего эдиакарского периода. Эта калиброванная шкала дает точное представление о крупных климатических событиях и появлении первых сложных форм жизни, позволяет лучше понять изменения окружающей среды и биологические обновления в ранней истории Земли.
Интерпретация событий ранней жизни на Земле часто тормозилось из-за неточной геологической хронологии. Ученые, прослеживая вехи эдиакария (период, отмеченный масштабными климатическими потрясениями и первыми признаками многоклеточной жизни от 635 до 538,8 млн лет назад), полагались на общие стратиграфические закономерности.
Без последовательного радиоуглеродного датирования исследователям было сложно сопоставить изменения в окружающей среде, такие, как сдвиги в углеродном балансе или уровне кислорода в морской воде, с биологической эволюцией. Это было похоже на то, как если бы у вас было несколько кусочков пазла с видимой картинкой и большая стопка пазлов, из которых виден только верхний. Из-за фрагментации временных шкал остаются без ответа вопросы о том, что могло спровоцировать эволюционные изменения, и когда они произошли.
В работе под заголовком «Астрономическая калибровка ранней эдиакарской эволюции», опубликованной в Nature Communications, ученые применили астрохронологию и анализ магнитной восприимчивости для построения временной шкалы эдиакария продолжительностью 57,6 миллионов лет.
Астрохронология — это метод, используемый для определения возраста слоев осадочных пород путем их сопоставления с регулярными предсказуемыми изменениями орбиты Земли вокруг Солнца и соответствующим изменением интенсивности солнечной радиации. Орбитальные вариации, известные как циклы Миланковича, находятся в сложной, но просчитываемой зависимости с глобальным климатом, гидрологией и геологией.
По мере изменения климата меняется тип и количество осадочных пород, откладывающихся на дне океанов, морей и пресных водоемов. Характер отложений можно сопоставить с известными орбитальными циклами, что позволяет исследователям составлять подробные хронологические таблицы.
Магнитная восприимчивость показывает, как порода в тех или иных геологических слоях реагирует на внешнее магнитное поле и потоки заряженных частиц. В морских отложениях это отражает концентрацию ферромагнитных и парамагнитных минералов, которые часто образуются в результате эрозии на суше или химических процессов в океане. Более высокие значения указывают на больший приток частиц с суши в более влажные или динамичные климатические периоды.
Сканируя с высоким разрешением керны эдиакарских отложений, исследователи создали подробные профили изменения содержания магнитных минералов с привязкой ко времени. Затем схемы были синхронизированы с орбитальными циклами как часть астрохронологической временной шкалы.
Образцы взяты из трех скважин, пробуренных на платформе Янцзы в Южном Китае. Участки были выбраны таким образом, чтобы представлять диапазон условий отложений от мелководного внутриконтинентального бассейна до более глубоких участков древнего океана. Вместе они охватывают большую часть формации нижнего и среднего Доушантуо, горной породы, отложившейся вскоре после окончания Криогения, Великого протерозойского оледенения, когда Земля была похожа на снежок. Астрохронологическая настройка осадочных кернов выявила несколько поворотных моментов в истории эдиакария.
Слои осадочных пород четко соответствуют известным циклам Миланковича, что позволяет составить калиброванную хронологию, привязанную к Марианскому таянию ледников в период с 636,05 по 634,90 млн лет назад и к началу повторного Гаскьерского оледенения, которое произошло 579,63 млн лет назад. Были обнаружены и упорядочены три крупных сдвига изотопов углерода, обозначенные как EN1, WANCE и EN2, в мелководных и глубоководных средах.
Выбросы углерода совпадали по времени со стратиграфическими свидетельствами биогеохимических нарушений. EN1 и EN2 наблюдались по всему миру в одно и то же время, в то время как WANCE был зафиксирован только в области нынешнего Южного Китая. Во всех трех местах различия в начале и продолжительности указывали на локальную изменчивость осадочных пород, но сохраняли орбитальную цикличность.
Ископаемые венская и лантийская биоты оказались привязаны к определенным точкам астрохронологической шкалы. Модели отражали постепенное усложнение отдельных экосистем без заметного увеличения общего биоразнообразия.
Обновленные данные о возрасте первых ископаемых многоклеточных организмов устраняют давние неопределенности в отношении того, когда произошли ключевые изменения в окружающей среде и биосфере. Например, определение в ходе исследования начала и окончания марианского дегляцирования (636,05 и 634,90 млн лет назад) сузило диапазон, предполагавшийся ранее.
Сложная многоклеточная жизнь в венской биоте теперь может быть датирована примерно 589,89 миллиона лет назад, в период, отмеченный колебаниями изотопов углерода WANCE. Взаимосвязь между орбитальными ритмами, изотопными сдвигами и изменениями ископаемых форм позволяет проверить гипотезу о том, что развитие ранней жизни на Земле проходило под влиянием как глобальных, так и местных факторов.
Недавно в термальном источнике Северного Кавказа ученые обнаружили микроорганизмы, которые почти не изменились со времен протерозоя.
