Протягом багатьох років еволюційні біологи намагалися розібратися в Кембрійському вибуху – події, що сталася близько 520–530 млн років тому, коли в палеонтологічному літописі раптово з'явилися багато основних типів тварин без будь-яких явних прямих еволюційних попередників. [...] Була опублікована книга двох провідних палеонтологів кембрію, Дугласа Ервіна та Джеймса Валентайна, під назвою «Кембрійський вибух». [...] Ця книга підтвердила точку зору про те, що Кембрійський вибух був реальною подією в історії життя та являв собою швидку й раптову появу багатьох основних груп тварин. Але що було найбільш цікавим, так це те, що ця книга також підтвердила, що ключові проблеми, поставлені Кембрійським вибухом, залишаються «невирішеними» – принаймні, якщо підходити до них з еволюційної точки зору:

«Моделі нерівності, що спостерігаються в кембрійському періоді, ставлять два невирішених запитання. По-перше, який еволюційний процес призвів до відмінностей у морфології основних класів? По-друге, чому морфологічні межі цих типів будови тіла залишалися відносно стабільними протягом останніх півмільярда років?»

Вибираючи легкий шлях

Я завжди цінував прямоту Ервіна й Валентайна щодо основних незрозумілих аспектів Кембрійського вибуху. Але багато захисників еволюції шукають швидкі й легкі відповіді. Вони стверджують, що якийсь «тригер» якимось чином швидко привів до появи всіх цих різноманітних груп тварин. Для багатьох еволюційних біологів цим тригером є раптове підвищення вмісту кисню в атмосфері безпосередньо перед кембрійським періодом – і стверджуване раптове підвищення вмісту кисню достатньо, щоб задовольнити їх і пояснити (або, принаймні, виправдати) Кембрійський вибух. Як я вже зазначив:

«Багато хто стверджує, що Кембрійський вибух був викликаний раптовим глобальним підвищенням рівня кисню. Ми вже багато разів обговорювали це питання, знову й знову відзначаючи, що кисень не генерує нову генетичну інформацію. Але саме така інформація мала бути безпосередньою причиною Кембрійського вибуху».

Девід Коппедж протягом багатьох років критикував те, що він називає «теорією кисню», й одного разу сформулював це так: «Коротко: кисень не був причиною Кембрійського вибуху. Він просто дав тваринам «енергію для руху». Що ж тоді стало причиною Кембрійського вибуху? Відповіді немає».

Кисень – не тригер?

Теорія кисневого «тригера» для Кембрійського вибуху отримала черговий удар. Нова стаття в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences під назвою «Вдихнувши життя в нудний мільярд: прямі обмеження від рідких включень 1,4 млрд років тому показують помірний клімат й насичену киснем атмосферу» (Breathing life into the boring billion: Direct constraints from 1.4 Ga fluid inclusions reveal a fair climate and oxygenated atmosphere) припускає, що рівень кисню міг бути досить високим задовго до кембрійського періоду, що ставить під сумнів ідею про те, що він зіграв роль тригера. Основна історія досить проста – блог Gizmodo добре її пояснює:

«Дослідники витягли зразки повітря віком 1,4 млрд років із стародавніх кристалів й виявили щось дивовижне про цей, здавалося б, "нудний" період.

Команда вивчила гази й рідини, зафіксовані в кристалах галіту (кам'яної солі) з Канади, проливаючи світло на склад атмосфери за сотні мільйонів років до появи динозаврів на Землі. Виявилося, що на планеті було більше кисню, ніж очікувалося – принаймні, в той конкретний момент часу – як вони пояснили в дослідженні, опублікованому минулого місяця в PNAS».

Звичайно, 1,4 млрд років тому – це більш ніж за 800 млн років до Кембрійського вибуху, який, як загальноприйнято вважається, почався близько 530 млн років тому. Це піднімає запитання: якщо кисень є таким потужним тригером, який викликав еволюцію тварин, то чому складні тварини не еволюціонували, коли атмосфера була високооксигенованою 1,4 млрд років тому? Gizmodo бачить проблему:

«Атмосфера також містила 3,7% від сьогоднішнього рівня кисню. Хоча це може здатися не так вже й багато, все ж це несподівано висока кількість. У той самий час життям правили бактерії, а червоні водорості були новачками, але такий рівень кисню міг підтримувати складне тваринне життя, таке як тварини й рослини, які з'явилися тільки через 800 млн років».

Чому так повільно, тварини?

То чому ж тваринне життя з'являлося так повільно? «Це може відображати короткочасне явище оксигенації в цій довгій епосі, яку геологи жартома називають «нудним мільярдом», – пояснив Парк. Іншими словами, показання відображають короткий момент часу. «Нудний мільярд» – це епоха, протягом якої спостерігався низький рівень кисню, стабільні атмосферні та геологічні умови й незначні еволюційні зміни.

У прес-релізі Політехнічного інституту Ренсселера наводиться аналогічний аргумент:

«Природно виникає питання: якщо кисню було достатньо для підтримки життя тварин, чому еволюція зайняла стільки часу?

Парк підкреслює, що зразок відображає лише мить геологічного часу. "Можливо, він відображає короткочасне явище оксигенації в цій довгій епосі, яку геологи жартома називають »нудним мільярдом", – сказав він. Це була епоха в історії Землі, позначена низьким рівнем кисню, повсюдною атмосферною і геологічною стабільністю і мізерними еволюційними змінами.

"Незважаючи на свою назву, наявність прямих даних спостережень за цим періодом надзвичайно важлива, тому що вони допомагають нам краще зрозуміти, як на планеті виникло складне життя і як наша атмосфера стала такою, якою вона є сьогодні", – сказав Парк.

Попередні непрямі оцінки рівня вуглекислого газу в цей період вказували на більш низькі рівні, несумісні з іншими спостереженнями, що показують, що в мезопротерозойську епоху не було значних льодовиків. Прямі вимірювання високих рівнів вуглекислого газу, проведені командою, в поєднанні з оцінками температури, отриманими з самої солі, припускають, що клімат мезопротерозойської епохи був більш м'яким, ніж вважалося раніше, – порівнянним з сьогоднішнім.

Шаллер зазначає, що червоні водорості з'явилися саме в цей момент історії Землі й що вони, як і раніше, вносять значний вклад у глобальне виробництво кисню. Відносно високий рівень кисню міг бути прямим наслідком збільшення кількості й складності водоростей.

"Можливо, те, що ми зафіксували, насправді є дуже цікавим моментом посеред нудного мільярда років", – сказав він».

Аналогічним чином, у технічній статті зазначається:

«Наші результати показують, що це був період з рівномірним кліматом й що концентрація кисню в атмосфері, принаймні тимчасово, перевищувала метаболічні потреби ранніх тварин задовго до їх появи. ...Наші результати вказують на стан системи Землі, що характеризується помірним кліматом з достатньою кількістю O₂ для дихання ранніх тварин».

Тимчасова поява кисню?

Таким чином, автори стверджують, що, можливо, це було всього лише «короткочасна подія оксигенації», яка не забезпечила утворення достатньої кількості кисню. У мене є інша теорія: можливо, зростання вмісту кисню не було причиною Кембрійського вибуху! Більш високий рівень кисню може бути необхідною, але далеко не достатньою умовою для існування складного тваринного життя. Якщо це так, то кисень не є справжнім «тригером», що викликав Кембрійський вибух. Кисень може робити все, що завгодно, протягом всієї історії Землі, але тварини не з'являться, поки не буде запущений справжній тригер. З огляду на те, що (а) для появи нових форм тварин, які виникли в результаті Кембрійського вибуху, повинні були з'явитися тисячі нових генів, (б) ці нові гени представляють собою величезний обсяг нової генетичної інформації, та (в) інформація походить від розуму, я думаю, що справжній тригер Кембрійського вибуху – це щось набагато потужніше, ніж просто вищий рівень pO₂ (парціального тиску кисню) в атмосфері.

Виклик тригеру

У технічній статті визнається, що такий високий рівень оксигенації, якщо він буде зберігатися, дійсно «поставить під сумнів» думку про те, що кисень був тригером еволюції тварин:

«Наші результати підтверджують, що атмосферний тиск кисню, принаймні, тимчасово перевищував пороги, необхідні для раннього дихання тварин. Короткочасний імпульс оксигенації може допомогти пояснити затримку між появою й екологічним підйомом складних еукаріотів. Однак, якби ці рівні O₂ зберігалися протягом сотень мільйонів років, це поставило би під сумнів твердження про те, що підвищення концентрації кисню в атмосфері сприяло еволюції тварин».

Але автори не хочуть заперечувати модель кисневого тригера, тому вони вибирають гіпотезу «тимчасового» підвищення рівня кисню. Можливо, це дійсно вірно, але в будь-якому випадку ці дані суперечать моделі, згідно з якою до кембрійського періоду рівень кисню завжди був занадто низьким для життя тварин. Це погано для моделі кисневого тригера. І, що найважливіше, вона навіть близько не пояснює, як кисень міг згенерувати нову генетичну інформацію, необхідну для появи кембрійських тварин.