Согласно новому исследованию, уровень кислорода в атмосфере Земли, вероятно, «сильно колебался» 1 миллиард лет назад, создавая условия, которые могли ускорить развитие ранней жизни животных.

Ученые считают, что атмосферный кислород  развивался в три этапа, начиная с так называемого Великого события окисления около 2 миллиардов лет назад, когда кислород впервые появился в атмосфере. На третьем этапе, около 400 миллионов лет назад, атмосферный кислород поднялся до уровня, существующего сегодня.

Что неясно, так это то, что произошло во время второй стадии, во время, известное как неопротерозойская эра, которая началась около 1 миллиарда лет назад и длилась около 500 миллионов лет, в течение которых возникли ранние формы жизни животных.

Ученые пытались ответить на следующие вопросы: было ли что-то экстраординарное в изменениях уровня кислорода в неопротерозойскую эру, что могло сыграть ключевую роль в ранней эволюции животных? Повысился ли уровень кислорода внезапно или был постепенный рост?

Окаменелые следы ранних животных, известных как эдиакарская биота, многоклеточные организмы, нуждавшиеся в кислороде, были обнаружены в осадочных породах возрастом от 541 до 635 миллионов лет.

Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, исследовательская группа из Университета Лидса при поддержке университетов Лиона, Эксетера и Калифорнийского университета использовала измерения различных форм углерода или изотопов углерода, обнаруженных в известняковых породах, взятых из мелководных морей. Основываясь на соотношениях изотопов различных типов обнаруженного углерода, исследователи смогли рассчитать уровни фотосинтеза, существовавшие миллионы лет назад, и сделать вывод об уровне кислорода в атмосфере.

В результате расчетов они смогли получить данные об уровне кислорода в атмосфере за последние 1,5 миллиарда лет, что говорит нам о том, сколько кислорода диффундировало в океан для поддержания ранней морской жизни.

Доктор Алекс Краузе, специалист по биогеохимическому моделированию, защитивший докторскую диссертацию. в Школе Земли и окружающей среды в Лидсе и был ведущим научным сотрудником проекта, сказал, что результаты дают новый взгляд на то, как меняется уровень кислорода на Земле.

Он добавил: «Ранняя Земля в течение первых 2 миллиардов лет своего существования была бескислородной, лишенной атмосферного кислорода. Затем уровень кислорода начал расти, что известно как Великое событие окисления.

«До сих пор ученые думали, что после Великого события окисления уровень кислорода был либо низким, а затем подскочил как раз перед тем, как мы увидели эволюцию первых животных, либо что уровень кислорода был высоким в течение многих миллионов лет до того, как появились животные.

«Но наше исследование показывает, что уровни кислорода были гораздо более динамичными. Колебания между высоким и низким уровнями кислорода существовали задолго до того, как появились ранние формы жизни животных. Мы наблюдаем периоды, когда океанская среда, где жили ранние животные, у них был обильный кислород, а затем периоды, когда его не было.

Доктор Бенджамин Миллс, который возглавляет Группу моделирования эволюции Земли в Лидсе и курировал проект, сказал: «Это периодическое изменение условий окружающей среды могло вызвать эволюционное давление, при котором некоторые формы жизни могли вымереть и могли возникнуть новые».

Доктор Миллс сказал, что насыщенные кислородом периоды расширили так называемые «обитаемые пространства» — части океана, где уровень кислорода был бы достаточно высоким, чтобы поддерживать ранние формы жизни животных.

Он сказал: «В экологической теории было предложено, что когда у вас есть обитаемое пространство, которое расширяется и сжимается, это может способствовать быстрым изменениям в разнообразии биологической жизни.

«Когда уровень кислорода снижается, на некоторые организмы оказывается серьезное давление окружающей среды, что может привести к вымиранию. А когда богатые кислородом воды расширяются, новое пространство позволяет выжившим подняться до экологического господства.

«Эти расширенные обитаемые пространства просуществовали бы миллионы лет, давая достаточно времени для развития экосистем».