Происхождение многоклеточных животных остается одной из наиболее сложных проблем естествознания. Как и появление самой жизни, эта тайна Природы волнует поколения ученых. Глубокий интерес к теме происхождения вполне объясним: многое в сверхсложном мире живого стало бы понятнее, если бы мы догадались, когда, где и почему сформировались те или иные типы физиологии, жизненных форм и экосистем.

Истоки основных биохимических механизмов функционирования живого вещества находятся в далеком прошлом Земли, в архее и раннем протерозое, отделенных от нас миллиардами лет. На протяжении большей части истории нашей планеты доминирующие условия среды существенно отличались от нынешних – соответственно, существенно иными могли быть биогеохимические связи и доминирующие типы физиологии.

Вопрос о том, когда возникли первые многоклеточные, – чрезвычайно важен, поскольку он теснейшим образом связан с экологическим аспектом проблемы происхождения сложных организмов. Дело в том, что поздний протерозой был периодом кардинальных изменений в биосфере, и потому нам пришлось бы строить различные сценарии происхождения животных для разных моментов геологической истории. Таким образом, вопрос «когда?» превращается в вопрос «где, в каких условиях возникли первые животные?» Но вернемся к хронологии.

Степень дифференциации животного мира вендского периода (от губок до членистоногих, плюс несколько групп неясного систематического положения) показывает, что корни беспозвоночных уходят в довендскую историю протерозоя. Как далеко?

Разнообразие филогенетических древес, созданных зоологами и специалистами по молекулярной биологии, говорит об отсутствии критерия надежности реконструкций внутри каждой из упомянутых дисциплин. Вот почему взгляды неонтологов обращаются к палеонтологии, особенно, к ископаемой летописи неопротерозоя (древнее 545 млн. лет), где сохранились остатки наиболее древних животных. Сомнения по поводу достоверности исторических реконструкций на основе современного материала понятны: миллионы видов ныне живущих организмов представляют лишь ничтожную долю былого биоразнообразия Земли, тонкие веточки на гигантском древе жизни. По оценкам палеонтологов 99% видов животных вымерло на протяжении более чем полмиллиарда лет позднейшей истории биосферы.

Актуалистические подходы к реконструкции докембрийских сред обитания зачастую приводят к неактуалистическим моделям биосферы – слишком велик интервал времени, отделяющий нас от архея и протерозоя. Примером может служить сравнение древних строматолитов и современных экосистем, контролируемых цианобактериями в себкхе или в лагунах с повышенной соленостью аридных зон. Подобные экосистемы, занимающие ныне весьма ограниченное пространство, периодически имели глобальное распространение на протяжении докембрийской, то есть большей части истории Земли. Этот пример ярко демонстрирует парадоксальность актуализма как метода познания геологического прошлого.

Исследователи строматолитов, тонкослоистых карбонатных структур, сформированных цианобактериальными сообществами, давно подметили резкий спад разнообразия и количества этих образований в истории биосферы после 1 млрд. лет назад.

На протяжении большей части своей истории Земля не испытывала оледенений: ранняя биосфера была теплой, если не горячей. Первый ледниковый период зафиксирован геологами 2,2 млрд. лет назад. За ним следовал длительный период теплой биосферы вплоть до неопротерозоя, когда в течение двухсот миллионов лет (от 750 до 580 млн. лет назад) прошла череда мощных покровных оледенений. В этом интервале геологической истории зафиксировано четыре длительных ледниковых периода, но возможно их число было большим. Масштабность этих событий потрясает. Льды достигали уровня моря даже на тех континентах, которые располагались вблизи экватора. Об этом свидетельствуют палеогеографические реконструкции, основанные на анализе остаточной намагниченности горных пород. Этот парадокс был отмечен Н.М.Чумаковым.

Подавляющее большинство местонахождений ископаемых животных венда обнаружено в обломочных породах (песчаник, алевролиты, глины), которые накапливались в условиях умеренного или даже холодного климата. Известны находки, хотя и редких остатков метазоа даже между слоями тиллитов – ледниковых отложений. Вендские морские бассейны, населенные животными располагались вне карбонатного пояса планеты, который сейчас занимает низкие широты с теплым климатом. А в венде, как и на протяжении почти всей предшествующей истории, мелководные карбонатные бассейны были заняты строматолитами – карбонатными постройками, напоминающими рифы, но в отличие от последних, сформированными цианобактериями.

Современные холодные бассейны характеризуются силикокластической седиментацией и отсутствием карбонатных осадков. Активная вертикальная циркуляция вод, высокое содержание фосфатов, нитратов, растворенного органического вещества создают условия для очень высокой продуктивности первичных продуцентов – фитопланктона, начального звена большинства пищевых цепей. Высокая растворимость газов в частности, кислорода, являются важнейшим фактором для всех эвкариот, особенно для животных. Сезонные флуктуации светового режима через фотосинтезирующий фитопланктон определяют большинство биологических процессов (питание, рост, размножение, расселение и смертность). 

Сезонность питания, характерную для высоких широт, можно рассматривать как фактор отбора в пользу форм с большей массой. Так называемая «резервная биомасса» нужна, чтобы переживать неблагоприятные периоды. Однако рост и размеры тела ограничиваются возможностью обменных процессов – прежде всего дыханием. Развитие гетеротрофии и эффективных способов сбора пищи могло реализоваться в создание резервной биомассы (больших размеров тела) только при условии достаточно высокой концентрации кислорода в воде. Холодноводные бассейны давали такое преимущество.

Путь из холодных вод, богатых кислородом, в теплые стал возможным в связи с резким ростом содержания свободного кислорода в атмосфере. Данные изотопного анализа углерода из позднего докембрия показывают, что это событие произошло в самом конце протерозоя.

В свете описанного сценария происхождения и экспансии животных становится понятной загадочное явление массовой биоминерализации в разных группах животного царства в начале кембрийского периода. Животные появились в относительно холодных водах вне карбонатного пояса планеты, который контролировался прокариотами. Эра великих оледенений давала большее преимущество именно эвкариотам, в том числе, животным, хотя это было время их трудной эволюции. В эту холодную пору площади карбонатных бассейнов и ареалы прокариотных сообществ резко сократились. 

По окончании ледниковой эры сообщества животных получили возможность колонизации тепловодных бассейнов карбонатного пояса планеты, карбонатные постройки цианобактерий постепенно замещались рифами. Это обстоятельство резко ускорило эволюционные процессы, в том числе – на основе сформированного минерального скелета.

На протяжении докембрийской истории Земли постепенно сокращались области архаичной микробной биоты. Нам точно не известно, когда возникли первые животные. Разные подходы определенно указывают, что это событие произошло до начала вендского периода – не позднее 700 млн. лет назад. 

Ранняя эволюция животных протекала в условиях холодной биосферы. Имея в виду, что температурный оптимум эвкариот в среднем ниже такового для прокариот, можно предположить, что холодноводные условия в большей степени угнетали бактериальную составляющую биосферы, чем высших организмов. С тем же знаком было влияние растущей концентрации кислорода в атмосфере.