Осадочные породы с отпечатками докембрийских многоклеточных могли образовываться на суше

Рис. 1. Тонкозернистый песчаник эдиакарского возраста (Намибия), предположительно эолового происхождения, с отпечатком представителя вендобионтов Rangea schneiderhoehni. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology

Примерно 541 млн лет назад, с начала кембрийского периода, на Земле началось бурное развитие жизни. Судя по ископаемым остаткам, до этого жизнь на планете была куда более скудной. К тому же докембрийские организмы существенно отличались по морфологии от всех представителей более поздней биоты. Однозначно понять по сохранившимся отпечаткам, что это были за организмы, не представляется возможным, но почти все геологи и палеонтологи сходятся в том, что все эти организмы жили только в морской среде. Есть, однако, в научном мире достаточно авторитетный ученый — австралийский палеонтолог и палеопочвовед Грегори Реталляк, который уже много лет доказывает, что часть этих многоклеточных жили на суше еще в докембрии, и были они не животными, а, скорее, растениями. Недавно вышла его очередная статья с новыми аргументами в пользу гипотезы существования наземной биоты в докембрийское время.

Главная геохронологическая граница в истории Земли проходит на рубеже примерно 541 млн лет назад. Все, что было после этого рубежа, относят к фанерозою (переводится с древнегреческого как «явная жизнь»), а все, что было до, — к криптозою («скрытая жизнь») или докембрию. Такое разделение обусловлено тем, что в отложениях, датируемым этим возрастом (и более молодых), появляется много остатков организмов, обладавших минеральным скелетом, членистоногих и хордовых, однозначно опознаваемых моллюсков и иглокожих, а также сложных форм растений. Данный факт внезапного увеличения биоразнообразия в кембрийском периоде, с которого начинается фанерозой, получил в палеонтологии название кембрийского взрыва.

До середины XX столетия считалось, что в докембрии на нашей планете существовали только бактерии и некоторые одноклеточные. Но затем последовали многочисленные находки загадочных многоклеточных бесскелетных организмов в отложениях эдиакарского периода (635–541 млн лет), предшествовавшего кембрию. Большинство из этих организмов резко отличаются от всех ныне известных живых существ. Эдиакарская биота, расцвет которой пришелся на период 565–541 млн лет назад, представлена разнообразными, в основном плоскими, мягкотелыми организмами, отпечатки которых напоминают медуз, червей, «стеганые одеяла», ветви деревьев или перья. Систематическое положение этих существ остается неясным, и для их наименования используется собирательный термин «вендобионты» (от слова «венд» — прежнего названия последнего периода докембрия).

Вокруг вендобионтов не утихают многочисленные споры. Ученые спорят о морфологии и классификации вендобионтов, способах их питания и условиях жизни, обсуждают, когда и почему они исчезли и были ли они связующим звеном между более ранними организмами, представленными в основном бактериями, образовывавшими колонии в виде бактериальных матов (microbial mat), и более поздними кембрийскими организмами. Однако никто не сомневался в том, что это были морские организмы, до тех пор, пока Грегори Реталляк (Gregory Retallack) из Орегонского университета не опубликовал в 2013 году в журнале Nature подробное исследование, в котором он приводит доказательства того, что некоторые виды эдиакарской биоты вели наземный образ жизни и были скорее лишайниками, чем животными. Подробно об этом исследовании рассказано в новости Могли ли эдиакарские ископаемые жить на суше? («Элементы», 01.02.2013).

Выводы ученого основывались на изучении отложений так называемой эдиакарской пачки — комплекса осадочных пород возрастом 580–541 млн лет в Эдиакарских горах на юге Австралии — того самого комплекса, по которому и был назван геохронологический период эдиакарий. В составе эдиакарской пачки Реталляк выделил несколько слоев, которые по всем признакам относятся скорее к палеопочвам, чем к морским отложениям. Небольшой размер и плохая окатанность зерен в них более характерны для осадочных пород, образовавшихся под действием ветра (эоловые отложения), а неоднородная поверхность этих слоев с трещинами усыхания могла скорее возникнуть в условиях пустынь (возможно, пустынь арктического типа). Проведенный изотопный анализ показал высокую обогащенность эдиакарских слоев легкими изотопами кислорода и углерода, что также характерно для наземных отложений. При этом данные слои были насыщены окаменевшими остатками организмов (рис. 1).

Публикация Реталляка 2013 года вызвала бурную дискуссию среди ученых. В журналах Nature и Sedimentology были опубликованы сразу несколько статей, в которых не менее серьезные ученые обвиняли Реталляка в отсутствии литологических доказательств отнесения выделенных слоев к палеопочвам, а также в том, что выводы были сделаны по результатам исследования только одного конкретного комплекса пород.

Грегори Реталляк не сдался и продолжил исследования. За прошедшие пять лет он детально изучил строение эдиакарских осадочных комплексов Южной и Центральной Австралии и Намибии, сравнил их со сходными по условиям образования комплексами пород формации Уасатч (Wasatch) эоценового возраста (шт. Колорадо, США) и формации Мэнсфилд (Mansfield, шт. Индиана, США), а также с современными отложениями долин рек Мурчисон в Западной Австралии и Грин-Ривер в штате Юта (США), дополнил их примерами из других формационных комплексов Австралии и США широкого возрастного диапазона. Результаты исследования опубликованы в журнале Sedimentary Geology.

Рис. 2. Две модели образования тонких прослоев светлого песчаника в породах эдиакарского осадочного комплекса в районе Нилпена (Южная Австралия): А — традиционная модель «морских бактериальных матов»; B — предложенная автором флювиально-эоловая модель образования наземных «бактериальных» палеопочв. Стрелка в середине указывает направление течения времени. Рисунок из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology

В качестве базового объекта своего исследования автор выбрал осадочный комплекс эдиакарской пачки из района Нилпена (хребет Флиндерс, Южная Австралия). Здесь между более толстыми (1–5 см) слоями темных плитчатых песчаников (flagstones) встречаются тонкие (3–10 мм) прослои светлого тонкозернистого песчаника (interflag sandstone laminae — ISL). По характеру осадочного материала и картине чередования слоев ранее считалось, что этот комплекс сформировался в прибрежно-морской зоне, а модель его образования описывалась следующим образом (рис. 2, А): во время шторма приносилось большое количество песчаного материала различной зернистости, который осаждался в прибрежной зоне (storm deposition); затем, во время спокойного периода, поверх спрессованных песчаников на морском дне образовывался тонкий слой бактериального мата, в котором активно развивались организмы-вендобионты. Затем картина повторялась. В итоге образовывался своеобразный «слоеный пирог» (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид слоистого комплекса осадочных пород эдиакарской пачки в районе Нилпена (Южная Австралия). Стрелки указывают на местоположение прослоев тонкозернистых светлых песчаников ISL, относимых автором к палеопочвам. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology

Автор предлагает альтернативную флювиально-эоловую модель образования данного комплекса: толстые слои песчаников, по его мнению, имеют флювиальное происхождение (то есть, являются речными или потоковыми отложениями, flood deposition на рис. 2), а тонкие прослои светлых песчаников ISL — это палеопочвы, образовавшиеся путем выветривания речных отложений с добавлением эолового материала (wind deposition). Насыщенные микроорганизмами, эти палеопочвы были, по сути дела, наземными аналогами морских бактериальных матов — «бактериальными почвами» (microbial earth на рис. 2).

Автор приводит доказательства того, что по своему гранулометрическому и геохимическому составу тонкозернистые песчаники ISL существенно отличаются от вмещающих их плитчатых песчаников: они более тонкозернистые и обогащены легкими изотопами углерода и кислорода. Дополнительными признаками наземного происхождения этих песчаников служат: плохая окатанность зерен, что характерно для отложений, образовавшихся на суше под действием ветра и находки гипсовых роз, которые образуются только в наземных аридных условиях, а также следы ветровой эрозии на поверхности их прослоев. Из ископаемых организмов-вендобионтов к песчаникам ISL приурочены прежде всего находки дикинсоний.

Проведя подробное исследование осадочных комплексов с прослоями песчаников типа ISL, образовавшихся в разное время и в разных частях планеты, Грегори Реталляк делает вывод о том, что все они образовались в схожих условиях (имеют флювиально-эоловое происхождение), все обладают сходным строения и все содержат прослои палеопочв (рис. 4), сложенных эоловым (лёссовидным) и аллювиальным материалом алевритовой и песчаной фракций. При этом значительную роль в формировании палеопочв играли живые организмы. Истинные же морские осадочные комплексы таких палеопочвенных прослоев не содержат.

Рис. 4. Детальные разрезы пачек осадочных пород с песчаниками типа ISL: А — эдиакарского возраста (Нилпена, Южная Австралия); В — пенсильванского (позднекаменноугольного) возраста (Хурон, шт. Индиана, США); С — эоценового возраста (Микер, шт. Колорадо, США). 1 — песчаники; 2 — следы ряби; 3 — параллельная слоистость; 4 — эоловые дюноподобные структуры (зибары); 5 — конволютная (запутанно-волнистая) слоистость; 6 — прослои песчаников ISL; 7 — окаменелости вендобионтов; 8 — следы жизнедеятельности организмов; 9 — ископаемые растения; 10 — следы корней. Рисунок из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology

Отсюда автор делает вывод, что условия образования подобных флювиально-эоловых комплексов являются стандартными и были широко распространены в прошлом, а в настоящее время их можно в буквальном смысле наблюдать на намывных насыпях и отмелях. Изучение современных рек показало, что и в наше время действуют те же осадочные процессы, что и в эдиакарии, которые приводят к образованию тех же самых пород со всеми присущими им признаками (рис. 5).

Рис. 5. Современные аналоги условий формирования флювиально-эоловых комплексов. На фото видны темные слои плотных песчаников, сформировавшиеся в периоды разлива реки, и светлые пески — результат эолового выветривания. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology

Несмотря на неутихающие споры по поводу условий жизни эдиакарских организмов, если допустить правомерность выводов Грегори Реталляка, то придется признать, что жизнь вышла на сушу значительно раньше, чем это было принято считать, — примерно 580 млн лет назад.

Источник: Gregory J. Retallack. Interflag sandstone laminae, a novel sedimentary structure, with implications for Ediacaran paleoenvironments // Sedimentary Geology. 2019. V. 379. P. 60–76. DOI: 10.1016/j.sedgeo.2018.11.003.

Владислав Стрекопытов