Кембрийский взрыв (), взрыв скелетной фауны, реже Биологический Большой взрыв () — резкое увеличение количества ископаемых остатков живых существ в отложениях начала кембрийского периода (около 538,8 млн лет назад). В отложениях предыдущих времён (докембрий) следы существования животных встречаются намного реже.

Именно в кембрии в палеонтологической летописи появляются останки животных многих типов, в частности, хордовых, членистоногих, уверенно опознаваемых моллюсков и иглокожих. Это может свидетельствовать о внезапном увеличении биоразнообразия либо о появлении у большого числа организмов минерализованных структур (раковин, экзоскелетов), хорошо сохраняющихся в ископаемом состоянии.

Важнейшим фактором кембрийского взрыва была так называемая скелетная революция — появление у организмов экзоскелета, что во многом связано с фиксацией нового типа отношений в природе: «хищник — жертва»К. Стасевич. Кембрийский взрыв случился из-за хищников // computerra.ru, 01 августа 2013.. Собственно, первые достоверные следы хищничества известны ещё из позднего эдиакарского периода, к этому же времени относится и появление в палеонтологической летописи первых живых организмов с минерализованным наружным скелетом, предназначенным для защиты (рифообразующие клаудины). Однако в кембрии эти новые принципы взаимоотношений между животными распространяются повсеместно, на их основе начинают строиться все основные экосистемы. В результате начинается новый виток эволюции, связанный с выработкой приспособлений к хищничеству и защите от хищников. В частности, значительное развитие получают органы чувств — у многих животных появляются довольно совершенные глаза (например, у аномалокариса и опабинии) и мозгМозг кембрийского периода был похож на современный // maleus.ru, 10.10.2012..

Термин «взрыв» был введён до открытия докембрийских хайнаньской и эдиакарской биот (у которой тоже был свой эволюционный взрыв), по мнению некоторых учёных, являющихся связующими звеньями между наиболее примитивными многоклеточными живыми организмами, известными начиная с палеопротерозоя (например, франсвильская биота), и уже достаточно сложно организованными кембрийскими . Однако установление прямого родства между отдельными группами докембрийских и кембрийских организмов всё ещё весьма проблематично. В некоторых местах ископаемые эдиакарского типа обнаруживаются ещё вплоть до середины кембрия (510—500 млн лет назад), то есть, докембрийские экосистемы продолжали существовать спустя десятки миллионов лет после «взрыва», соседствуя с типичной кембрийской фауной, подобной фауне сланцев Бёрджесс.

История и проблематика Первооткрывателем кембрийского взрыва был Родерик Мурчисон. Изучая окаменелости древних эпох, найденные в соответствующих отложениях, он обнаружил, что слои этих отложений разделены резкой границей. Ниже этой границы они крайне бедны биологическими останками и демонстрируют повсеместное распространение одних лишь простейших одноклеточных организмов — бактерий и водорослей, а затем, начиная с кембрийской эпохи, около 550 миллионов лет назад, внезапно обзаводятся невиданным богатством новых биологических формРафаил Нудельман. Кембрийский парадокс // Знание — сила. — 1998. — № 8-9..

В 1914 году американский палеонтолог Чарлз Уолкотт, занимавшийся изучением североамериканских ископаемых, ввёл понятие «липалианского» периода, не представленного в окаменелостях из-за того, что организмы того временного периода не сохранялись. Предполагалось, что именно эти несохранившиеся организмы и были предками кембрийской фауны.

В целом ранняя проблематика «кембрийского взрыва» состояла в попытках объяснить внезапное появление окаменелостей на нижней границе кембрия и их отсутствие в более древних отложениях — как свидетельствах существования или несуществования жизни в предшествующий период истории Земли.

Современный интерес к данной теме был подогрет работой и его коллег, которые в 1970-х годах повторно проанализировали ряд окаменелостей из сланцев Бёрджесс и заключили, что большинство из них является останками организмов, принципиально отличных от любых ныне существующих животных (см. вендобионты). Ставшая популярной работа Стивена Гулда «Удивительная жизнь» открыла эту тему для широкой публики и вновь сделала актуальной проблему существования и природы кембрийского взрыва. Хотя и существенно расходясь в деталях, как Уиттингтон, так и Гулд предположили, что все современные типы животного царства возникли на границе кембрия почти внезапно, не будучи потомками ранее существовавшей фауны.

Некоторые исследования (в том числе непрямые), как относящиеся к 1970-м годам, так и более поздние, отмечают, что некоторые, предположительно сложные животные (например, кимберелла) могли возникнуть и до начала кембрия.

Данные молекулярной филогенетики По результатам исследований 1996 года были сделаны следующие выводы: В «семейном древе» организмов первичноротые (включая предков червей, насекомых, пауков и осьминогов) отделились от вторичноротых (включая предков птиц, рыб и зверей) около 1 млрд лет назад — вдвое раньше кембрия; Некоторое время спустя внутри группы вторичноротых хордовые отделились от иглокожих;

По данным другого исследования, первичноротые отделились от вторичноротых позднее — около 670 млн лет назад, а хордовые (предки птиц, рыб и зверей) отделились от иглокожих (предки морских звёзд) около 600 млн лет назад.

Анализ, проведённый в 2003 году, привёл к заключению, что первичноротые и вторичноротые разошлись ещё позднее — 582 ± 112 млн лет назад.

Исследование, опубликованное в апреле 2004, привело авторов к выводу, что последний общий предок билатеральных животных возник в интервале от 656 до 573 млн назад (в самом начале эдиакарского периода).

В исследовании ноября 2004 года делается вывод, что все три предыдущих результата были ошибочны и что первичноротые и вторичноротые разошлись гораздо раньше — между 976 ± 190 млн лет назад.

Кембрийские ископаемые

Несмотря на то, что изначально кембрийские ископаемые обнаружились в Уэльсe (Кембрийские горы, Великобритания), существует четыре основных источника кембрийских находок: Сланцы Бёрджес (Британская Колумбия, Канада), Сириус-Пассет (Гренландия), Маотяньшаньские сланцы (Юньнань, Китай), (Швеция)'Orsten', the Best Cambrian Fossil Data Source .

В кембрийском периоде основная жизнь была сосредоточена в морях. Самые известные обитатели кембрийских морей это донные хищные панцирные трилобиты, которые обнаруживаются в отложениях, датируемых возрастом 530 млн лет. Длина их тела доходила до 1 метра. Они относились к типу членистоногих (родственники насекомых, раков и пауков). К этому типу также относят марреллу. Самым большим морским членистоногим (до 2 м в длину) считается охотник на трилобитов аномалокарис, которого относят к классу динокарид («ужасных креветок»). Также в кембрийских морях обитала гусеницеобразная галлюцигения и опабиния. Наиболее странными организмами были Pambdelurion и Kerygmachela. Их длинное тело, состоящее из мягких сегментов, с парой широких «плавников» на большинстве сегментов и парой сегментированных придатков сзади делают их схожими с аномалокаридами. При этом наружные части верхней поверхности «плавников» имели рифлёные поверхности, которые могут быть жабрами. Под каждым «плавником» имеется короткая бескостная нога. Такое строение позволяет связать их с членистоногими. Не менее загадочны рыбообразные ветуликолии, которых также по некоторым особенностям строения сближают с членистоногими. В результате кембрийского взрыва появились первые ракообразные (Ercaia)

Кембрийские моря знаменательны древнейшими известными хордовыми (ещё не имевшими челюстей). Это, в частности, хайкоуихтис и пикайя, напоминающие червеобразных рыбок

Кембрийская фауна широко представлена ракушками, создателями которых были как моллюски, так и плеченогие. Среди них особенно выделяются хиолиты. Они получили известность как «мелкая раковистая фауна» ().

Не менее широко были представлены губки, в том числе археоциаты.

Древнейшие иглокожие обнаруживаются примерно в это же время, хотя и имеются предположения о существовании иглокожих, либо их предшественников, уже в докембрии. Раннекембрийские Helicoplacus были сигароподобными вертикально стоящими созданиями длиной до 7 см. В отличие от современных иглокожих (радиально симметричных и имеющих рот в середине тела), они имели наружный спиральный пищевой жёлоб, вдоль которого пища двигалась ко рту, находящемуся сбоку. Другими обитателями кембрийских морей были полипы, медузы (стрекающие), гребневики и черви (нематоды, приапулиды, форониды, щетинкочелюстные).

Весьма загадочна небольшая виваксия, которая имела хитиновый панцирь, состоящий из длинных вертикальных и коротких перекрывающих горизонтальных игл. Также она обладала чем-то, схожим с радулой (хитиновый зубастый «язык»), ранее наблюдавшаяся только у моллюсков. Некоторые исследователи полагают, что такие особенности приближают Wiwaxia к кольчатым червям.

Выводы Последние находки свидетельствуют о том, что по меньшей мере некоторые трёхслойные билатеральные организмы существовали до начала кембрия: Kimberella можно рассматривать как ранних моллюсков, а царапины на скальных породах возле этих ископаемых позволяют предположить моллюскоподобный же метод питания (555 млн лет назад). По некоторым интерпретациям, трёхслойным билатеральным целомическим животным была и ; в таком случае она отодвигает возникновение сложных животных ещё на 25—50 млн лет назад. Обнаружение отверстий в оболочке Cloudina также позволяет предположить наличие развитых хищников в конце эдиакарского периода. Кроме того, некоторые следы в ископаемых, относящихся к середине эдиакарского периода (около 565 млн лет назад), могли быть оставлены животными, более сложными, чем плоские черви и имеющими кожно-мускульный мешок. Удлинённый и сегментированный билатерий , возможно, родственный панартроподам или кольчатым червям, жил примерно 551—539 млн лет назад.

Задолго до этого длительный закат строматолитов (начавшийся около 1,25 млрд лет назад), говорит о раннем возникновении животных, достаточно сложных для их «обгрызания». Рост же изобилия и разнообразия шипов у акритархов в это же время приводит к выводу, что уже тогда существовали хищники, достаточно крупные для того, чтобы такая защита была необходима. На другом конце временной шкалы, относящейся к кембрийскому взрыву, нужно отметить отсутствие в палеонтологической летописи ряда основных типов нынешней фауны вплоть до конца кембрия, а типичных палеозойских экосистем — вплоть до ордовика. Тем не менее, подавляющая часть современных типов впервые появилась в кембрии (за исключением моллюсков, иглокожих и членистоногих, возможно, возникших в эдиакарский период). Либо просто увеличилось количество видов, оставляющих явные следы в палеонтологической летописи, предки которых существовали в докембрии, но их остатки до нас не дошли, либо ещё не найдены.

При более близком изучении обнаруживается другой сюрприз — некоторые животные, например раннекембрийские ракообразные, трилобиты и иглокожие, находятся в более ранних отложениях, чем некоторые «дяди» или «пра-дяди» ныне живущих групп, не оставившие прямых потомков. Это может являться результатом разрывов и вариаций формирования ископаемых отложений, либо означать, что предки современных организмов эволюционировали в разное время и, возможно, с разной скоростью.

Возможные причины «взрыва» Несмотря на то, что довольно сложные трёхслойные животные существовали (возможно, задолго) до кембрия, эволюционное развитие в раннем кембрии представляется исключительно быстрым. Предпринималось множество попыток объяснить причины подобного «взрывного» развития.

Изменения окружающей среды

Рост концентрации кислорода