КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-17-00409

НазваниеМеханизмы функционирования эдиакарских и терренувских палеоэкосистем: устойчивость и динамические процессы (на примере Сибирской и Восточно-Европейской платформ)

РуководительГражданкин Дмитрий Владимирович, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2014 г. - 2016 г. 

Конкурс№1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-106 - Палеонтология

Ключевые словапалеонтология, стратиграфия, геология осадочных бассейнов, седиментология, эволюционная биология, теоретическая экология

Код ГРНТИ38.31.15


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на изучение механизмов функционирования палеоэкосистем на рубеже докембрия и фанерозоя с целью построения хроностратиграфической шкалы эдиакария и терренувия, отражающей смену состояния экосистем. Как об этом свидетельствует палеонтологическая летопись, экосистемы в этом временном интервале отличались высоким потенциалом устойчивости к воздействию разных факторов, несмотря на относительно простую структуру и низкое биоразнообразие. С эдиакарским периодом связаны крупнейшая в истории Земли реорганизация цикла углерода (событие Shuram), появление организмов с биологически контролируемой минерализацией, запуск механизма перемешивания осадка билатериями, однако до сих пор не понятно, как эти события отразились в палеонтологической летописи одновозрастных микробиот. Для эдиакария также характерны ископаемые мягкотелые организмы – вендобионты, которые появились 580 млн лет назад, эволюционировали на протяжении 40 млн лет и вымерли в терренувии, что должно было дестабилизировать экосистемы. Установленная по материалам ископаемой летописи закономерная смена таксономического состава и разнообразия вендобионтов позволяет расчленять поздний эдиакарий на редкинский, беломорский и котлинский интервалы геологического времени. Кроме вендобионтов, в эдиакарии существовали разнообразные макроводоросли, древнейшие эуметазои, загадочные микробиоты доушаньто-пертататакского типа, кальцибионты и бентосные микроорганизмы, участвующие в образовании микробиальных матов и постройке микробиалитов. Конкретная задача проекта – установить функциональную роль в экосистеме основных групп ископаемых эдиакарских организмов и выяснить, как экосистемы отреагировали на появление, эволюцию и вымирание вендобионтов. Изучение механизмов функционирования эдиакарских и терренувских палеоэкосистем планируется проводить по трем направлениям: анализ функциональной роли различных групп организмов в морских палеоэкосистемах эдиакария и терренувия; комплексный анализ карбонатных платформ эдиакария и терренувия на предмет эволюции сообществ каркасостроителей и изотопного состава углерода и кислорода; изучение преобразований в таксономическом составе эдиакарской биоты и экологической структуре сообществ в ходе котлинского биогенценотического кризиса. Крайне низкие темпы эволюционного обновления докембрийского биоса накладывают серьезные ограничения на возможности метода зональной стратиграфии в расчлении эдиакария; с другой стороны, на фоне общей устойчивости экосистем, в истории развития метасообществ эдиакарских организмов выявлены события, которые должны были иметь планетарные последствия, открывая новые перспективы для широкого применения палеоэкосистемного метода при разработке хроностратиграфической шкалы эдиакария. Наш коллектив объединил специалистов по палеоэкологии, палеонтологии, стратиграфии пограничных отложений докембрия и фанерозоя, седиментологии и изотопной геохимии с целью разработать на примере наиболее информативных разрезов мира хроностратиграфическую шкалу эдиакария и терренувия. Работы такого характера применительно к отложениям протерозойского возраста в мире больше нигде не проводятся. Достижимость поставленной задачи обеспечена уникальным научным заделом, комплексным подходом с применением новейших теоретических конструкций современной экологии и высокими требованиями, предъявляемыми к объектам исследования.

Ожидаемые результаты
Основной ожидаемый результат, имеющий фундаментальное и практическое значение – это научно обоснованная на палеонтологическом материале и с позиций теоретической экологии хроностратиграфическая шкала эдиакария и пограничных кембрийских отложений, отражающая смену состояний палеоэкосистем. Разработке шкалы будет предшествовать анализ функциональной роли основных групп организмов в экосистемах эдиакария и терренувия, что позволит установить природу этих организмов и представляет большой научный интерес. Результаты планируется опубликовать в серии статей.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
С эдиакарским периодом связаны крупнейшая в истории Земли реорганизация цикла углерода, появление организмов с биологически контролируемой минерализацией и запуск механизма перемешивания осадка билатериями. Традиционно считается, что эдиакарские микробиоты доушаньто-пертататакского просуществовали очень короткое время и вымерли в раннем эдиакарии одновременно с появлением мягкотелых организмов. Нами показано, что микробиоты доушаньто-пертататакского типа просуществовали до конца эдиакарского периода, пережив появление и вымирание вендобионтов, возникновение у животных способности перемешивать осадкок и строить скелет, и несколько пертурбаций в изотопном составе углерода. Предложена гипотеза, согласно которой животные еще не играли функциональной роли в экосистемах эдиакария и обладали очень узкой экологической специализацией. Действительно, результаты наших исследований показали, что первые животные, обладавшие способностью активно перемешивать осадок, обитали в условиях стратифицированного морского бассейна, а первые животные с минеральным скелетом были приурочены к приливно-отливным обстановкам с высокой соленостью. Животные начинают играть функциональную роль в терренувии начиная с начала томмотского века. Об этом в первую очередь свидетельствует выявленный нами резкий положительный экскурс на кривой вариаций изотопного состава углерода в карбонатах. Результаты изучения разреза скв. Санарской демонстрируют, что в раннем кембрии в эпиплатформенных морских бассейнах Сибири существовали участки, своего рода рефугии, где продолжали функционировать экосистемы эдиакарского типа.

 

Публикации

1. Гражданкин Д.В., Конторович А.Э., Конторович В.А., Сараев С.В., Филиппов Ю.Ф., Ефимов А.С., Карлова Г.А., Кочнев Б.Б., Наговицин К.Е., Терлеев А.А., Федянин Г.О. Открытие вендских отложений в Предъенисейском осадочном бассейне (юго-восток Западной Сибири) Геология и геофизика, Т. 56, № 4, С. 718-734ю (год публикации - 2015) https://doi.org/10.15372/GiG20150407

2. Гражданкин Д.В., Маслов А.В. Место венда в Международной стратиграфической шкале Геология и геофизика, Т. 56, № 4, С. 703-717. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.15372/GiG20150406

3. Колесников А.В., Марусин В.В., Наговицин К.Е., Маслов А.В., Гражданкин Д.В. Ediacaran biota in the aftermath of the Kotlinian Crisis: Asha Group of the South Urals Precambrian Research, V. 263. P. 59-78 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.precamres.2015.03.011

4. Наговицин К.Е., Кочнев Б.Б. Микрофоссилии и биофации вендской ископаемой биоты юга Сибирской платформы Геология и геофизика, Т. 56, № 4, С. 748-760. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.15372/GiG20150409

5. Рогов В.И., Карлова Г.А., Марусин В.В., Кочнев Б.Б., Наговицин К.Е., Гражданкин Д.В. Время формирования первой биостратиграфической зоны венда в сибирском гипостратотипе Геология и геофизика, Т. 56, № 4, С. 735-747. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.15372/GiG20150408


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Результаты изучения ископаемой микробиоты, ископаемых следов жизнедеятельности и мелких скелетных остатков кессюсинской серии Лено-Анабарского прогиба и северо-западного склона Оленекского поднятия свидетельствуют о том, что основная трансформация экосистем произошла на рубеже фортунского и Cambrian Stage 2 (томмотского) ярусов кембрия. Именно на этой границе впервые в ископаемой летописи появляются микрофитопланктон и мезозоопланктон, формируются нижние этажи эндобентоса, питавшегося пелагической пищей, и запускаются новые разнообразные поведенческие типы детритофагов. По крайней мере на территории Сибири нами установлена корреляция между ростом разнообразия планов строения (“кембрийский взрыв” биоразнообразия) и становлением экосистем фанерозойского типа. Судя по всему, начиная с томмотского века механизмы функционирования экосистем принципиально не отличались от современных Проведенный нами анализ динамики биоразнообразия мягкотелых организмов в эдиакарии позволил установить, что устойчивость экосистем определялась функционированием трех групп организмов: агглютинированных палеопасцихнид, фрондоморф (группы Arboreomorpha, Aspidellomorpha, Mawsonitomorpha) и микробиоты доушаньто-партататакского типа. Мы предположили, что (1) функциональная роль палеопасцихнид была обусловлена наличием агглютинированного скелета и способностью этих организмов инкрустировать поверхность осадка, что могло сдерживать “революцию за субстрат” и обеспечивать устойчивость экосистемы в целом; (2) фрондоморфные организмы не имеют отношения к животным, а представляют собой макроскопические водоросли; (3) микробиота доушаньто-пертататакского типа представляет собой неподвижные покоящиеся споры или цисты и является результатом реакции экосистемы на неблагоприятные условия (например, низкое содержание питательных веществ), не позволяющие ей дальше развиваться. На примере ванаварской, курсовской и паршинской свит раннего эдиакария южной части Непско-Ботуобинской антеклизы и ее западного и юго-восточного склонов, нами построена объемная биофациальная модель раннеэдиакарской микробиоты, в которой ископаемая микробиота доушаньто-пертататакского типа демонстрирует узкую фациальную приуроченность. Показано, что ископаемая биота доушаньто-пертататакского типа оппокунской свиты Лено-Анабарского прогиба является самой молодой в мире, ее возраст моложе 551 млн лет, но древнее 544 млн лет. Для выяснения механизмов функционирования сообществ мягкотелых организмов зоны волнения и течений верхней сублиторали мы проанализировали особенности изменения таксономического состава и стратиграфического распространения ископаемых остатков в разрезах, демонстрирующих сильную фациальную изменчивость и циклическое строение осадочной последовательности в разрезах синекаменской и коноваловской подсвит чернокаменской свиты западного склона Среднего Урала. Установлено, что эдиакарские мягкотелые организмы формировали метасообщества – совокупности локальных сообществ, которые сообщались между собой посредством миграции особей. Повышенный интерес к разрезу скв. Санарской, пробуренной в пределах Непско-Ботуобинского района Сибирской платформы, обусловлен тем, что здесь в отложениях заведомо кембрийского возраста представлены реликтовые эдиакарские сообщества, на которых не отразились макроэкологические трансформации в биосфере на рубеже эдиакария и терренувия. После проведенных в 2014 г. петрографических исследований, из скважины Санарской для изотопно-геохимических исследований было отобрано 104 образца карбонатных пород, из которых 52 было проанализировано на изотопный состав углерода и кислорода. Для оценки степени сохранности изотопной системы нами в 2015 г. были проведены исследования химического состава растворимой части пород и получены содержания Ca, Mg, Al, Fe, Mn и Sr. Установлено высокое содержание Fe и Mn в нижней части разреза, при этом анализ бинарных диаграмм Fe/Sr – δ18О и Mn/Sr – δ18О показал отсутствие значимой корреляции между этими величинами, что указывает на хорошую сохранность изотопной системы, а повышенное содержанием Fe и Mn отражает особенности осадконакопления. В таком случае, вариации изотопного состава углерода в катангской свите отражают первичные морские сигналы и указывают на раннеэдиакарский возраст микробиоты доушаньто-пертататакского типа в подстилающих ванаварской, курсовской и паршинской свитах. По результатам биофациального анализа карбонатных платформ эдиакария и терренувия Сибирской платформы нами выявлено усложнение экологической структуры сообществ рифовых построек на рубеже эдиакария и терренувия. Ревизия палеонтологического материала из отложений передового склона биогермных построек Предъенисейского осадочного бассейна (скв. Восток-3) позволила установить таксономически разнообразный комплекс ископаемых остатков организмов-каркасостроителей в котоджинской и райгинской свитах позднеэдиакарского возраста. В составе ориктоценозов в аллохтонном захоронении обнаружены трубчатые кальцитовые скелетные остатки Cloudina, фосфатизированные ископаемые остатки, похожие на представителей рода Namacalathus, и разнообразные агглютинированные и фосфатизированные трубчатые остатки. Представители рода Cloudina известны тем, что активно участвовали в процессах формирования и консолидации известкового каркаса рифа, а благодаря обрастанию поверхности микробиалитов и взаимной цементации, образовывали плотные многоярусные постройки. Палеонтологическая характеристика позволяет достаточно точно установить возраст биогермных построек, отвечающий нижней части комплексной зоны Purella antiqua и пограничному интервалу с нижележащей зоной Anabarites trisulcatus Сибирской платформы. Возраст этих отложений древнее чем 542 млн лет (верхний возрастной предел существования представителей рода Cloudina), но, скорее всего, моложе чем 547 млн лет (нижний возрастной предел существования Cloudina). В современных приливно-отливных обстановках в области развития галофильных микробиальных матов установлены рекликтовые эдиакарские экосистемы. В частности, обнаружены участки с гофрированным рельефом, обладающие выраженным сходством с арумбериеморфными текстурами эдиакарского возраста, и разнообразные дисковидные структуры с концентрическим строением, имеющие выраженное сходство с целым рядом эдиакарских дисковидных структур. В ходе полевых работ проведено in situ изучение реликтовых сообществ, отобраны образцы для последующего изучения биоразнообразия и особенностей распределения микроорганизмов. По результатам изучения фациально-генетические особенности отложений во всех известных местонахождениях ископаемой авалонской биотической ассоциации на о. Ньюфаундленд сделано заключение, что обстановки осадконакопления на микроконтиненте Авалония имеют конвергентное сходство с глубоководными вследствие высоких темпов формирования осадкоемкого пространства, опережавших скорость поступления обломочного материала в бассейн. На наш взгляд, обстановки обитания биоты авалонского типа на о. Ньюфаундленд располагались в пределах трогового бассейна на низкоэнергетическом внутреннем шельфе, напоминая обстановки обитания авалонской биоты хатыспытской свиты Оленекского поднятия Сибири. В ходе полевых работ на о. Ньюфаундленд нам также удалось обнаружить несколько новых местонахождений ископаемых остатков, уточнить стратиграфическое положение и распространение представителей ископаемой авалонской биоты.

 

Публикации

1. Гражданкин Д.В., Конторович А.Э., Конторович В.А., Сараев С.В., Филиппов Ю.Ф., Ефимов А.С., Карлова Г.А., Кочнев Б.Б., Наговицин К.Е., Терлеев А.А., Федянин Г.О. Vendian of the Fore-Yenisei sedimentary basin (southeastern West Siberia) Russian Geology and Geophysics, V. 56. P. 560–572. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.03.008

2. Гражданкин Д.В., Маслов А.В. The room for the Vendian in the International Chronostratigraphic Chart Russian Geology and Geophysics, V. 56. P. 549–559. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.03.007

3. Колесников А.В., Марусин В.В., Наговицин К.Е., Маслов А.В., Гражданкин Д.В. Ediacaran biota in the aftermath of the Kotlinian Crisis: Asha Group of the South Urals Precambrian Research, V. 263. P. 59–78. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.precamres.2015.03.011

4. Наговицин К.Е., Кочнев Б.Б. Microfossils and biofacies of the Vendian fossil biota in the southern Siberian Platform Russian Geology and Geophysics, V. 56. P. 584–593. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.03.009

5. Наговицин К.Е., Рогов В.И., Марусин В.В., Карлова Г.А., Колесников А.В., Быкова Н.В., Гражданкин Д.В. Revised Neoproterozoic and Terreneuvian stratigraphy of the Lena-Anabar Basin and north-western slope of the Olenek Uplift, Siberian Platform Precambrian Research, V. 270, P. 226–245. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.precamres.2015.09.012

6. Рогов В.И., Карлова Г.А., Марусин В.В., Кочнев Б.Б., Наговицин К.Е., Гражданкин Д.В. Duration of the first biozone in the Siberian hypostratotype of the Vendian Russian Geology and Geophysics, V. 56, P. 573–583. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.03.016


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведен анализ динамики таксономического разнообразия мягкотелых организмов в эдиакарии, выявлено два кризисных сообщества и несколько фаз вымирания, в результате обозначены временные рамки и сформулирована новая концепция котлинского кризиса. По результатам изучения разрезов хатыспытской свиты показано, что вымирания сопровождались пертурбациями окислительно-восстановительной среды и периодическими событиями глобальной эвксинии. Последовательно проанализирована функциональная значимость каждой группы организмов – вендобионтов, арбореоморфных организмов, палеопасцихнид, подвижного эндобентоса, микробиот доушаньто-пертататакского типа, бентосных сообществ каркасостроителей и микробиалитов (в том числе – организмов с биологически контролируемой минерализацией) и бентосных сообщества дерновино- и матообразующих микроорганизмов – в ходе котлинского кризиса. Функциональная значимость каждой группы оценивалась на основании того, насколько ее исчезновение (вымирание) отразилось на стабильность экосистемы. В результате показано, что функционально значимыми группами в экосистемах эдиакария были палеопасцихниды, арбореоморфные организмы, микробиоты доушаньто-пертататакского типа и бентосные сообщества дерновино- и матообразующих микроорганизмов – именно эти группы организмов оказались в наименьшей степени затронутыми котлинским кризисом. Устойчивость арбореоморфных организмов и палеопасцихнид во время котлинского кризиса объясняется с позиций теории метасообществ: арбореоморфо-палеопасцихнидовые сообщества состояли из меняющейся мозаики временных, короткоживущих сообществ, связанных между собой миграциями. Кроме того, широкое распространение арбореоморфных организмов и палеопасцихнид в котлинском веке напоминает оппортунистическую экологическую стратегию (r-стратегию). Предполагается, что для выживания в условиях нестабильной окислительно-восстановительной среды эти организмы развили способность к быстрому и широкому распространению во время эпизодического развития аэробных обстановок. Для вендобионтов, наоборот, выявлена их приуроченность накануне кризиса к местам обитания, не типичным для этих организмов, что указывает на сдвиг экологического оптимума перед окончательным вымиранием на рубеже беломорского и котлинского веков. Высокая устойчивость микробиот доушаньто-пертататакского типа на протяжении всего эдиакария – на фоне пертурбаций окислительно-восстановительной среды, реорганизации глобального цикла углерода и массовых вымираний – говорит о том, что котлинский кризис, скорее всего, не затронул функционально значимые группы организмов. Это обстоятельство заставляет на новом уровне переосмыслить роль древнейших мягкотелых организмов в функционировании экосистем. Изучение рецентных микробиальных матов показало, что целый ряд эдиакарских таксонов можно интерпретировать как результат заражения грибом и/или вирусом либо реакцию микроорганизмов не пертурбации окислительно-восстановительной среды. Широкое распространение диковинных структур в отложениях эдиакария во время котлинского кризиса может указывать на эпидемию и массовое заражение бентосных сообществ дерновино- и матообразующих организмов. Образование кольцевидных структур, по всей вероятности, сопровождалось спадом фотосинтезирующей активности микрооранизмов, разрушением микробиального мата и нарушением функционирования экосистемы. Изучение карбонатных платформ эдиакария и терренувия позволило уточнить имеющихся представления об эволюции изотопов углерода и кислорода на одном из самых критических рубежей в эволюции биосферы – доказано, что вариации изотопного состава углерода на границе фортуния и второго («томмотского») яруса терренувия носят глобальный характер и скорее всего отвечают главной фазе трансформации экосистем.

 

Публикации

1. Быкова Н.В., Джилл Б., Гражданкин Д.В., Сяо Ш. A geochemical study of the Ediacaran discoidal fossil Aspidella preserved in limestones: Implications for its taphonomy and paleoecology Geobiology, - (год публикации - 2016)

2. Вишневская И.А., Летникова Е.Ф., Ветрова Н.И., Кочнев Б.Б., Дриль С.И. Chemostratigraphy and detrital zircon geochronology of the Neoproterozoic Khorbusuonka Group, Olenek Uplift, Northeastern Siberian platform Gondwana Research, V. 51. P. 255–271. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1016/j.gr.2017.07.010

3. Гражданкин Д., Наговицин К., Голубкова Е., Карлова Г., Кочнев Б., Рогов В., Марусин В. Doushantuo-Pertatataka–type acanthomorphs and Ediacaran ecosystem stability Geology, v. 48 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1130/G47467.1

4. Гражданкин Д.В. Forbidden fruits in the Garden of Ediacara Paläontologische Zeitschrift, V. 90. P. 649-657. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s12542-016-0327-3

5. Дуда Я.-П., Тиль В., Райтнер Й., Гражданкин Д.В. Opening up a window into ecosystems with Ediacara-type organisms: preservation of molecular fossils in the Khatyspyt Lagerstätte (Arctic Siberia) Paläontologische Zeitschrift, V. 90. P. 659-671. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s12542-016-0317-5

6. Киселев А.И., Кочнев Б.Б., Ярмолюк В.В., Егоров К.Н. Раннекембрийский магматизм на северо-востоке Сибирского кратона (Оленекское поднятие) Доклады Академии наук, Т. 465. № 6. С. 700–705. Перевод на английском языке опубликован в журнале Doklady Earth Sciences. 2015. V. 465. P. 1218–1223. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.7868/S0869565215360165

7. Киселев А.И., Кочнев Б.Б., Ярмолюк В.В., Рогов В.И., Егоров К.Н. The Early Paleozoic basite magmatism in the northeastern Siberian Craton Geodynamics and Tectonophysics, V. 7. Issue 2. P. 230-255. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.5800/GT-2016-7-2-0204

8. Колесников А.В., Данелян Т., Гоммо М., Лепо К., Маслов А.В., Гражданкин Д.В. Arumberiamorph structure in modern microbial mats: implications for Ediacaran palaeobiology Bulletin de la Société Géologique de France, - (год публикации - 2016)

9. Сяо Ш., Нарбонн Г.М., Жу Ч., Лафламм М., Гражданкин Д.В., Мочжидловска-Видал М., Цуй Х. Towards an Ediacaran time scale: problems, protocols, and prospects Episodes, V. 39. P. 540-555. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.18814/epiiugs/2016/v39i4/103886

10. Цуй Х., Гражданкин Д.В., Сяо Ш., Пик С., Рогов В.И., Быкова Н.В., Сиверс Н.Е., Лю С.-М., Кауфман А.Дж. Redox-dependent distribution of early macro-organisms: Evidence from the terminal Ediacaran Khatyspyt Formation in Arctic Siberia Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, V. 461. P. 122-139. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2016.08.015


Возможность практического использования результатов
не указано