Массовое вымирание проложило путь к Эпохе Рыб

Примерно 445 миллионов лет назад наша планета полностью изменилась. Над суперконтинентом Гондвана образовались огромные ледники, впитывавшие морскую воду, словно ледяная губка. Это первое крупное массовое вымирание на Земле, известное теперь как позднеордовикское массовое вымирание (LOME), уничтожило около 85 процентов всех морских видов, поскольку химический состав океана радикально изменился, а климат Земли стал очень холодным. 

Однако вместе с масштабными биологическими потрясениями приходят и возможности. В ходе всех этих изменений одна группа животных стала доминировать над всеми остальными — челюстные позвоночные. Это в конечном итоге направило жизнь по пути, который прослеживается до наших дней, согласно исследованию, опубликованному в журнале Science Advances.

«Мы продемонстрировали, что челюстные рыбы стали доминирующими только благодаря этому событию», — заявила соавтор исследования Лорен Саллан из Окинавского института науки и технологий в Японии. «И, что принципиально важно, мы уточнили наше понимание эволюции, проведя черту между ископаемыми находками, экологией и биогеографией».

В ордовикский период (примерно от 486 до 443 миллионов лет назад) Земля выглядела совсем иначе, чем сейчас. Южный суперконтинент Гондвана доминировал на планете и был окружен обширными мелководными морями. На Северном и Южном полюсах не было льда, а вода была теплой благодаря парниковому климату. На побережьях начали процветать мелкие растения и многоногие членистоногие, а окружающие их воды кишели формами жизни, похожими на существ из научно-фантастического фильма. Конодонты с большими глазами, похожие на миног, кружили вокруг морских губок. Крошечные трилобиты снуют среди раковинных моллюсков. Морские скорпионы размером с человека и наутилоиды с раковинами высотой 16 футов рыскали в воде в поисках добычи. 

Между этими существами находились предки гнатостом , или челюстных позвоночных. Гнатостомы в конечном итоге стали доминировать в животном мире на Земле.

«Хотя мы не знаем точных причин ЛОМЭ, мы знаем, что до и после этого события был четкий период. Это подтверждают ископаемые находки», — объяснила Саллан. 

Вымирание происходило в два этапа. Сначала планета быстро перешла от более теплого парникового климата к гораздо более холодному ледниковому. Большая часть Гондваны была покрыта толстым слоем льда, что привело к высыханию мелководных океанических местообитаний. Несколько миллионов лет спустя биоразнообразие начало восстанавливаться, но климат снова изменился. Приспособленные к холоду морские организмы погибли в теплой, сернистой и обедненной кислородом воде по мере таяния ледяных шапок.

Во время этих волн массовых вымираний большинство выживших позвоночных были ограничены убежищами, или изолированными очагами биоразнообразия, разделенными обширными участками глубоководного океана. В этих зонах выжившие челюстные позвоночные, очевидно, имели преимущество. 

В новом исследовании команда, используя многолетние палеонтологические данные об ордовике и раннем силуре, создала новую базу данных ископаемых остатков этого драматического периода в истории Земли.

«Это помогло нам реконструировать экосистемы убежищ», — добавил соавтор исследования Вахей Хагивара. «На основе этого мы смогли количественно оценить разнообразие на уровне родов в тот период, показав, как LOME напрямую привел к постепенному, но резкому увеличению биоразнообразия челюстноротых. И тенденция очевидна — вспышки массовых вымираний напрямую привели к усилению видообразования спустя несколько миллионов лет».

Благодаря этой новой базе данных команда смогла связать растущее биоразнообразие челюстных позвоночных не только с первым массовым вымиранием, но и с его местоположением. Они смогли отследить перемещение видов по всему миру и точно определить конкретные убежища, сыгравшие роль в диверсификации позвоночных. 

«Например, на территории современного Южного Китая мы обнаружили первые окаменелости челюстных рыб, которые являются прямыми родственниками современных акул, — пояснил Хагивара. — Они миллионы лет содержались в этих стабильных убежищах, пока не выработали способность пересекать открытый океан и попадать в другие экосистемы».

Сочетание палеонтологической летописи с биогеографией, морфологией и экологией может помочь нам лучше понять ход эволюции. 

«Развились ли челюсти для создания новой экологической ниши, или же наши предки сначала заняли уже существующую нишу, а затем диверсифицировались?» — спрашивает Саллан. «Наше исследование указывает на последнее. Будучи ограниченными географически небольшими территориями с множеством свободных мест в экосистеме, оставленных мертвыми бесчелюстными позвоночными и другими животными, гнатостомы внезапно смогли занять широкий спектр различных ниш». 

Аналогичная тенденция наблюдается у дарвиновских вьюрков на Галапагосских островах у побережья Эквадора. Эти птицы воспользовались новыми возможностями для разнообразия своего рациона, чтобы выжить. Со временем их клювы эволюционировали, приобретя различные формы, лучше соответствующие их потребностям.

В то время как челюстные рыбы оказались в ловушке в Южном Китае, их бесчелюстные родственники продолжали эволюционировать параллельно в других местах. Бесчелюстные рыбы господствовали в более широком море в течение следующих 40 миллионов лет, диверсифицируясь в различные виды рифовых рыб. Почему челюстные рыбы — среди всех остальных выживших — стали доминировать после того, как они распространились из убежищ, остается загадкой.

По мнению исследователей, вместо того чтобы полностью очистить экологическую обстановку Земли, массовое вымирание в позднем ордовике вызвало перезагрузку. Ранние виды позвоночных заняли ниши, оставленные вымершими конодонтами и членистоногими, восстановив ту же экологическую структуру, только с новыми животными. Эта закономерность повторяется и в палеозое после других вымираний, вызванных схожими условиями окружающей среды. Исследователи называют это повторяющимся «циклом перезагрузки разнообразия», когда эволюция восстанавливает экосистемы, сходясь к одним и тем же закономерностям.

«Эта работа помогает объяснить, почему развились челюсти, почему челюстные позвоночные в конечном итоге одержали победу и почему современная морская жизнь восходит к этим выжившим, а не к более ранним формам, таким как конодонты и трилобиты», — сказала Саллан. «Выявление этих долгосрочных закономерностей и лежащих в их основе процессов — один из захватывающих аспектов эволюционной биологии».