Массовая гибель проложила путь Эре Рыб.
Около 445 миллионов лет назад наша планета полностью изменилась. Над суперконтинентом Гондвана образовались массивные ледники, всасывая морскую воду, как ледяная губка. Теперь это называется позднеордовикским массовым вымиранием (LOME). Первое крупное массовое вымирание на Земле уничтожило около 85 процентов всех морских видов, поскольку химический состав океана радикально изменился, а климат Земли стал крайне холодным.
Однако за большим биологическим хаосом также приходят возможности. Во время всех этих потрясений одна группа эволюционировала и стала доминировать над всеми остальными — челюстные позвоночные. Это в конечном итоге вывело жизнь на путь, который можно проследить вплоть до наших дней, согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале Science Advances.
«Мы продемонстрировали, что челюстные рыбы стали доминировать только потому, что это событие произошло», — сказала Лорен Саллиан, соавтор исследования и биолог-эволюционист из Института науки и технологий Окинавы в Японии. «И, по сути, мы уточнили наше понимание эволюции, проведя параллель между ископаемыми, экологией и биогеографией».
Первое массовое вымирание на Земле
В период ордовика (примерно 486–443 миллиона лет назад) Земля выглядела совсем иначе, чем сейчас. Южный суперконтинент Гондвана доминировал на планете и был окружён обширными мелководными морями. На Северном и Южном полюсах не было льда, а вода была тёплой из-за парникового климата. На побережьях начали процветать небольшие растения и многоногие членистоногие, а вода вокруг них кишела формами жизни, похожими на что-то из научной фантастики. Крупноглазые, похожие на миног конодонты кружили вокруг морских губок. Крошечные трилобиты сновали среди моллюсков в раковинах. Морские скорпионы размером с человека и наутилоиды с раковинами высотой 16 футов бороздили воду в поисках добычи.
Между этими существами были предки челюстноротых, или челюстных позвоночных. В конечном итоге челюстные позвоночные стали доминировать над жизнью животных на Земле.
«Хотя мы не знаем конечных причин LOME, мы знаем, что до и после события было ясно. Ископаемые данные это показывают», — пояснил Саллиан.
Пять катастрофических массовых вымираний на Земле, объяснённые
«Великое вымирание» погубило 80–90% жизни. Как выжили некоторые амфибии. Предки крокодилов пережили два массовых вымирания — вот как
Вымирание произошло в два этапа. Сначала планета стремительно перешла от более тёплого парникового климата к гораздо более холодному ледниковому. Большая часть Гондваны была покрыта толстым льдом, осушая мелководные океанские среды обитания. Через несколько миллионов лет биоразнообразие начало восстанавливаться, но климат снова изменился. Холодолюбивая морская жизнь утонула в тёплой, сернистой и лишённой кислорода воде, когда ледяные шапки растаяли.
Во время этих волн массового вымирания большинство выживших позвоночных были ограничены рефугиумами, или изолированными горячими точками биоразнообразия, разделёнными большими участками глубокого океана. В этих зонах выжившие челюстные позвоночные, очевидно, имели преимущество.
В новом исследовании команда собрала многолетние палеонтологические данные об ордовике и ранней палеонологии силура, чтобы создать новую базу данных ископаемых за этот драматический период в истории Земли.
«Это помогло нам реконструировать экосистемы рефугиумов», — добавил соавтор исследования и аспирант Вахей Хагивара. «Исходя из этого, мы могли бы количественно оценить разнообразие родов за этот период, показывая, как LOME напрямую привело к постепенному, но драматическому увеличению биоразнообразия челюстноротых. И тенденция ясна — импульсы массового вымирания привели непосредственно к увеличению видообразования через несколько миллионов лет».
О рыбах и вьюрках
С помощью этой новой базы данных команда связала рост биоразнообразия челюстноротых не только с этим первым массовым вымиранием, но и с местоположением. Они могли отследить перемещение видов по всему миру и точно определить конкретные рефугиумы, которые сыграли роль в том, что позвоночные стали более разнообразными.
«Например, на территории современного Южного Китая мы видим первые полные окаменелости челюстных рыб, которые имеют прямое отношение к современным акулам», — пояснил Хагивара. «Они были сосредоточены в этих стабильных рефугиумах в течение миллионов лет, пока у них не развилась способность пересекать открытый океан и попадать в другие экосистемы».
Конодонт Promissum, длина которого составляет от 5 до 50 сантиметров, назван в честь необычных окаменелостей с коническими зубами, и которые, как предполагается, являются предками современных миног и миксин. Очень немногие виды конодонтов пережили позднеордовикское массовое вымирание. Изображение: Нобу Тамура
Объединение летописи окаменелостей с биогеографией, морфологией и экологией может помочь нам лучше понять ход эволюции.
«Эволюционировали ли челюсти для того, чтобы создать новую экологическую нишу, или наши предки сначала заняли существующую нишу, а затем диверсифицировались? — спрашивает Саллиан. «Наше исследование указывает на последнее. Будучи ограниченными географически небольшими областями с множеством открытых ниш в экосистеме, оставленных вымершими бесчелюстными позвоночными и другими животными, челюстноротые могли внезапно заселить широкий спектр различных ниш».
Аналогичная тенденция наблюдается у вьюрков Дарвина на Галапагосских островах у побережья Эквадора. Эти птицы воспользовались новыми возможностями для диверсификации своего рациона, чтобы выжить. Со временем их клювы эволюционировали, приобретая разные формы, чтобы лучше соответствовать их потребностям.
Цикл сброса биоразнообразия
Пока челюстные рыбы были заперты в Южном Китае, их бесчелюстные родственники продолжали развиваться параллельно в других местах. Бесчелюстные рыбы правили более широкими морями в течение следующих 40 миллионов лет, диверсифицируясь в различные типы рифовых рыб. Почему челюстные рыбы — среди всех других выживших — стали доминировать, когда они распространились из рефугиумов, остаётся загадкой.
По словам команды, вместо того чтобы стереть с Земли экологическую доску начисто, позднеордовикское массовое вымирание запустило сброс. Ранние виды позвоночных заняли ниши, оставленные вымершими конодонтами и членистоногими, восстанавливая ту же экологическую структуру, но с новыми животными. Этот паттерн также повторяется в палеозое после других событий вымирания, вызванных аналогичными условиями окружающей среды. Команда называет это повторяющимся «циклом сброса биоразнообразия», когда эволюция восстанавливает экосистемы, сходясь к одним и тем же конструкциям.