Знаковое исследование, опубликованное 30 июля 2025 года в журнале Science Advances под названием «Отслеживание биотурбации во времени: эволюция морских осадочных смешанных и переходных слоев» , проведенное под руководством Лидии Тархан из Йельского университета, показывает, как биотурбация формировала экологию морского дна за последние 540 миллионов лет (фанерозой). Исследование объединяет более 1,000 предыдущих работ, новые полевые наблюдения с разных континентов и анализ кернов глубоководных отложений.

Восстановив изменения слоев осадочных пород от кембрийского периода до наших дней, команда обнаружила, что развитие глубины рытья нор и интенсивности перемешивания осадочных пород происходило различными, не связанными между собой способами. На эти изменения повлияли эволюционные инновации, доступность кислорода и события вымирания. В условиях глобального потепления понимание этого процесса имеет решающее значение для прогнозирования устойчивости современных океанических экосистем.

Что такое биотурбация и почему она важна?

Биотурбация — это процесс, при котором роющие морские животные, включая червей, моллюсков и ракообразных, перемешивают и нарушают целостность донных отложений в океане. Это постоянное перемешивание приводит к образованию:

• Смешанный слой: гомогенизированная зона, обычно вокруг 10 см в глубинах современных океанов, улучшая проникновение кислорода, переработку питательных веществ и разнообразие среды обитания.
• Переходный слой: более глубокие зоны осадочного слоя с четкими норными структурами, простирающиеся до 1 м и более.

Эти слои влияют на захоронение углерода, круговорот фосфора и повторное окисление сульфидов; все это имеет решающее значение для регулирования климата. Исследование показало, что биотурбация началась с небольших поверхностных следов в эдиакарском периоде (до 540 млн лет назад) , расширилась за счет вертикальных нор в кембрийском периоде и усилилась позже, когда уровень кислорода повысился.

Читайте также: Загрязнение океана усиливается — почему бездна больше не безопасна.

Как развивалась биотурбация?

История биотурбации показывает, что переходный слой углублялся быстрее, чем перемешанный слой. Прибрежные норы кембрийского периода достигали метровой глубины, но средние переходные слои оставались неглубокими до триасово-юрского периода. Мезозойская морская революция (ММР) привела к резкому увеличению численности таких организмов, как двустворчатые моллюски и ракообразные, чему способствовали более высокое содержание кислорода и изменения в экспорте питательных веществ, обусловленные фитопланктоном.

Эволюция биотурбации во времени

Читайте также: Невидимые угрозы: роль шума и химических стоков в загрязнении океана

Как массовые вымирания повлияли на биотурбацию?

Массовые вымирания неоднократно нарушали перемешивание осадочных пород, что часто приводило к уменьшению глубины норок на миллионы лет:

• Конец перми (252 млн лет назад): Более 90% видов были уничтожены, остановив биотурбацию на ~1.5 миллиона лет; восстановление заняло ~5 миллиона лет.
• Конец триаса (201 млн лет назад) и Конец девона (359 млн лет): Слои оставались неглубокими (5–10 см) для 1–1.5 миллиона летперед отскоком.
• Конец мелового периода (66 млн лет назад): Кратковременное нарушение с быстрым восстановлением.
• Палеоцен-эоценовый термический максимум (56 млн лет): Региональные спады произошли из-за гипоксии, хотя в других районах смешивание сохранялось.

Эти закономерности демонстрируют чувствительность биотурбации к потере кислорода и потеплению, при этом снижение активности замедляет круговорот питательных веществ и восстановление экосистемы.

Читайте также: Рекордные морские волны тепла в 2023 году затронули 96% океанов и длились гораздо дольше.

Как ископаемые норы раскрывают древние океаны?

Окаменелые норы (ихнотаксоны), такие как Skolithos , Zoophycos и Ophiomorpha, действуют как капсулы времени, сохраняя свидетельства глубины, сложности и экологической роли древнего перемешивания осадочных пород. Они показывают не только глубину рытья нор организмами, но и биоразнообразие и поведение прошлых сообществ морского дна.

Рисунок: Примеры шести окаменелостей следов глубоко зарывавшихся в грунт животных, использованных для измерения глубины древних переходных слоев, включая Skolithos, Thalassinoides и Ophiomorpha. Источник: Tarhan et al., 2025, Science Advances.

Рисунок: Характерные ихнофабрики, демонстрирующие различную интенсивность перемешивания осадочных пород (ихнофабрикный индекс ii 1–6) на протяжении фанерозоя. Источник: Tarhan et al., 2025, Science Advances.

Ключевые идеи от Исследование:

• Глубокие норы (>12 см) учтено только ~ 26% палеозойских образцов, но резко возросло до ~ 82% в кайнозое, что отражало крупные экологические сдвиги и улучшение оксигенации.
• Ихнотканевые индексы (ii 1–6), которые измеряют степень нарушения осадка, редко превышают II 3 в палеозое, но достиг ii 5-6 в более поздние периоды, что указывает на гораздо более интенсивное смешивание.
• Глубоководные керны показывают полную гомогенизацию осадков к меловому периоду, часто перекрытую сложной сетью нор, что указывает на более сложные и энергоемкие модели поведения.

Эти следы документируют постепенную миграцию биотурбации в открытое море, начинающуюся в мелководных морских зонах и распространяющуюся на глубоководные районы по мере повышения уровня кислорода и восстановления экосистем после событий массового вымирания. Они также служат геологической летописью того, как жизнь постоянно изменяла океаническое дно.

Читайте также: Коллапс антарктического морского льда связан с внезапным повышением солености океана.

FAQ

1. Почему перемешивание глубоких отложений задержалось?

Низкое содержание кислорода в ранних океанах и высокие метаболические затраты в теплых водах, вероятно, ограничивали энергоемкое перемешивание.

2. Как биотурбация влияет на современные океаны?

Это способствует круговороту питательных веществ и поглощению углерода , но вызванная потеплением гипоксия может подавить этот процесс, усугубляя образование мертвых зон.

3. Что было удивительным в исследовании?

Раннее углубление переходного слоя контрастировало с медленным развитием смешанного слоя, что подвергало сомнению предположения о ранней экосистемной инженерии.

4. Могут ли эти знания помочь в прогнозировании климата?

Да, понимание того, как экосистемы прошлого восстанавливались после воздействия стрессовых факторов, дает информацию для моделей устойчивости современного океана.

Читайте также: Океаны в кризисе: сокращение рыбных запасов и разрушительные методы угрожают морским экосистемам