Немецкие и австралийские ученые-палеонтологи выдвинули гипотезу о том, что одним из факторов, спровоцировавших кембрийскую эволюцию, стало формирование концентрированных экскрементов в процессе развития живых организмов. В отличие от растворимых остатков, эти твердые выделения быстро погружались на дно океана, обеспечивая поступление питательных веществ в глубоководные области. Этот механизм доставки стимулировал поедание фекалий (копрофагию) и способствовал формированию новых экологических ролей на глубине древних морей, что послужило толчком к цепи биохимических процессов, известной как кембрийский взрыв.

Около 540 миллионов лет назад произошла кембрийская эволюция – период стремительного увеличения разнообразия форм и классификационных групп многоклеточных существ. Именно в этот временной промежуток возникли большинство современных типов животных.

Докембрийские организмы, населявшие Землю, преимущественно не обладали развитой системой пищеварения. Их отходы попадали в водную среду в виде мельчайших частиц или растворенных веществ, потребляя кислород при разложении и практически не оседая на морском дне.

Их сменили животные кембрийского периода, характеризующиеся наличием сложных кишечных структур. Авторы исследования, опубликованной в журнале Trends in Ecology & Evolution, предприняли попытку определить воздействие эволюции систем переваривания на окружающую среду.

Сотрудники научных учреждений из Германии и Австралии провели изучение развития кишечника, собрав информацию об окаменелых отходах жизнедеятельности – копролитах. Специалисты сформировали электронный архив данных по 36 палеонтологическим участкам кембрийского периода, датируемым интервалом от 538 до 494 миллионов лет назад.

Проведенное исследование позволило установить следующие закономерности: на ранних этапах кембрия пищеварительные системы животных были устроены в виде незамысловатых каналов, и их остатки сохранились лишь в форме микроскопических зерен. К середине этого периода у членистоногих появились специализированные железы для переработки пищи. Это совпало с массовым появлением крупных окаменелых экскрементов, содержащих обломки панцирей трилобитов и брахиопод, что служит прямым доказательством перехода к потреблению твердой пиши.

По мнению исследователей, массивные окаменелые экскременты быстро опускались на дно океана, транспортируя туда углерод, азот, фосфор и железо. В то время обитатели глубоководья – биотурбаторы и детритофаги – рыли осадочные породы и фильтрировали грунт, используя любую доступную органику: остатки растительности, микробиальные сообщества и мертвые существа в качестве пищи. При этом они также поглощали продукты жизнедеятельности других организмов.

Увеличение питательной ценности отходов привело к улучшению питания донных обитателей. Они стали активнее рыхлить грунт, насыщая его кислородом и создавая благоприятные условия для развития разнообразной жизни на шельфе. Это способствовало формированию новых экологических ролей и специализаций, в том числе поедания фекалий.

В публикации авторы исследования указали на то, что доля фекалий в общем количестве органического углерода кембрийских океанов требует дальнейшего уточнения. Однако анализ продемонстрировал, что формирование прямого кишечника стало значительным экологическим переходом для всей биосферы. Эти отходы обеспечивали связь между верхними слоями воды и донными отложениями, создали новые пищевые связи и способствовали формированию новых экосистем.