Сложно представить, что обычные экскременты могли стать двигателем одной из величайших революций в истории жизни. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Trends in Ecology & Evolution, утверждает именно это: эволюция фекалий, возможно, подтолкнула Кембрийский взрыв — событие, случившееся около 540 миллионов лет назад и породившее большинство крупных групп животных.

Тихая улика в летописи

Кембрийский взрыв за относительно короткий по геологическим меркам промежуток — от 13 до 25 миллионов лет — радикально преобразил планету. Появились почти все основные типы животных, а первые морские экосистемы усложнились и стали напоминать современные океанические сообщества. Учёные десятилетиями спорят о причинах этого всплеска разнообразия: называли рост уровня кислорода, эволюционные инновации, усложнение отношений «хищник — жертва».

Но, как замечают авторы работы, большинство исследований древних и современных экосистем обходят стороной одно важное вещество — фекалии. Окаменевшие экскременты, копролиты, изучают, но обычно лишь для того, чтобы восстановить рацион древних животных и понять, кто кого ел. Новый взгляд предлагает увидеть в этих окаменелостях нечто большее: свидетельство зарождения фундаментального экологического процесса.

От простых кишок к сложным сообществам

Первые животные появились примерно за 60 миллионов лет до начала Кембрийского взрыва. Но до самого кембрия нет ни убедительных следов сложных пищеварительных систем, ни подтверждённых копролитов. Ситуация резко меняется с наступлением кембрия: первые ископаемые фекалии возникают прямо на границе периода, и дальше их становится всё больше.

Со временем копролиты становятся разнообразнее. В десятках местонахождений по всему миру находят фекалии самых разных форм и размеров — от микроскопических гранул до сантиметровых копролитов с раздробленными раковинами и фрагментами других животных. Параллельно растёт число превосходно сохранившихся окаменелостей со сложными пищеварительными системами, особенно среди ранних членистоногих. У них появились специализированные передние отделы кишечника и пищеварительные железы, позволявшие перерабатывать более широкий спектр пищи.

Всё это указывает на то, что животные начали обрабатывать и перераспределять органическое вещество по совершенно новым каналам. Чем многочисленнее становились животные и чем совершеннее их пищеварение, тем больше фекалий они производили. А больше фекалий означало больше органики и питательных веществ, разносимых по океанам, — и это ускоряло развитие экосистем.

Круговорот питательных веществ в эволюционном масштабе

Экологическое значение этого новшества становится очевидным при сравнении с современными океанами. Сегодня фекальные гранулы — важная часть биологического насоса: процесса, переносящего органический углерод и питательные вещества из поверхностных вод в глубины. Опускаясь, они доставляют питание далеко за пределы освещённой солнцем зоны.

Исследователи предполагают, что массовое появление фекалий в кембрии и было эволюционным истоком этого механизма. По мере роста разнообразия и биомассы животных росло и производство фекальных гранул. Это означало, что больше энергии и питательных веществ опускалось в глубоководные местообитания, а на мелководье пища становилась доступнее.

Возникла мощная экологическая обратная связь: больше животных — больше фекалий — сильнее перераспределение органики и питательных веществ. Улучшенная доступность пищи, в свою очередь, поддерживала рост популяций, усложнение пищевых цепей и заселение всё более разнообразных морских местообитаний. Расширяющиеся экосистемы генерировали ещё большую биологическую продуктивность.

Не единственная причина, но важный кусочек

Авторы не утверждают, что фекалии были единственной причиной Кембрийского взрыва. Насыщение океана кислородом, экологические взаимодействия и эволюционные инновации, несомненно, сыграли свою роль. Но новая гипотеза добавляет к этой картине недостающий элемент — появление и эволюцию самих экскрементов как механизма, который мог замкнуть петлю обратной связи и ускорить становление сложных морских сообществ.

Любопытно, что, как мы недавно рассказывали, млекопитающие не дали динозаврам стать размером с мышь, — и в той истории тоже шла речь о неожиданных экологических ограничениях, которые формировали эволюционные пути. Здесь же перед нами обратный случай: не ограничение, а новый ресурс, открывший дорогу взрывному росту разнообразия.

Вопрос, который исследование оставляет открытым, звучит почти по-детски: если все какают, то когда это началось — и не сделало ли это нас теми, кто мы есть?