Гигантские травоядные животные Африки исчезли по удивительной причине

Фото из открытых источников

Почему Африка потеряла так много крупных травоядных животных? Новые данные указывают на медленное формирование видов, а не на более быстрое вымирание. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

В прошлом в Африке обитало гораздо больше гигантских травоядных животных, чем сегодня. Эти животные внесли значительный вклад в функционирование экосистем, и их исчезновение изменило окружающую среду.

Крупные травоядные животные — это очень большие травоядные животные, вес которых составляет не менее 1 тонны. Слоны и бегемоты до сих пор живут, но многие другие гигантские виды исчезли.

Новые данные свидетельствуют о том, что крупные животные исчезли не просто потому, что их размер повышал вероятность их вымирания. Вместо этого, ветви их эволюционного генеалогического древа порождали новые виды слишком медленно, чтобы заменить исчезнувшие.

Исследовательская группа изучила 3327 ископаемых останков 396 видов африканских копытных за последние 23 миллиона лет. Копытные — это млекопитающие с копытами, в том числе антилопы, жирафы, бегемоты, лошади, носороги, свиньи и родственники слонов.

Для каждого вида исследователи учитывали размер тела, родственные связи, изменения окружающей среды и высоту коронки зуба, которая влияет на то, как долго жевательные поверхности остаются функциональными по мере износа зубов.

Затем с помощью компьютерной модели была оценена скорость появления и исчезновения видов при взаимодействии этих факторов. Видообразование означает появление новых видов, а вымирание — исчезновение видов. Со временем баланс между ними определяет, станет ли группа более или менее разнообразной. Среди ископаемых были дейнотерии, родственники слонов с изогнутыми вниз бивнями, а также антракотерии, крупные свиноподобные родственники бегемотов.

Примерно 7,2 миллиона лет назад Африка вступила в период нарастающей засушливости, поскольку расширялись открытые, преимущественно травянистые местообитания. Как видообразование, так и вымирание усилились, в то время как сообщества травоядных животных адаптировались к меняющимся ландшафтам и источникам пищи.

Однако после 3,6 миллионов лет назад общая скорость образования новых видов перестала расти, в то время как вымирание продолжало увеличиваться. Более резкие изменения произошли 2,58 миллиона лет назад, когда темпы вымирания достигли примерно в три раза большего уровня, чем раньше.

Эти потери затронули животных самых разных размеров, рационов питания и семейств. Модель связала общий рост числа вымираний скорее с усилением засухи, чем только с расширением травянистой растительности. Океанические отложения сохранили общие индикаторы, включая пыль, принесенную с суши. Эти данные показывают общие континентальные тенденции, а не точные условия в каждом регионе Африки.

В руководстве этой работой принимал участие Хуан Лопес Канталайедра, научный сотрудник Национального музея естественных наук (MNCN-CSIC). Результаты показали связь между большими размерами и более медленным эволюционным обменом, то есть виды появлялись и исчезали реже.

«Мы обнаружили, что, вопреки ранее существовавшим представлениям, более крупные виды вымирали не быстрее, чем более мелкие. На самом деле, темпы их вымирания были несколько ниже», — отметил Канталапьедра. «Главное здесь то, что виды мегатравоядных животных порождали новые виды гораздо медленнее».

В самых засушливых условиях, исследованных в модели, скорость вымирания видов, весивших менее 45 килограммов, была всего на 15 процентов выше, чем у животных, весивших более 1000 килограммов, однако они производили новые виды в 2,2 раза быстрее.

Оскар Санисидро работает в Университете Алькала. Он описал, как аридизация, долгосрочное увеличение засухи, повлияла на родственные ветви, называемые линиями.

«Эта разница позволила мелким и средним травоядным животным лучше компенсировать свои потери. Крупные же линии, напротив, продолжали терять разнообразие, потому что не появлялось достаточно новых видов, чтобы заменить исчезнувшие», — сказал Санисидро. «Это, в сочетании с аридизацией, усугубило дисбаланс: оно способствовало появлению новых видов среди мелких копытных, одновременно сократив их численность почти на 20% среди крупных травоядных».

Форма зубов также влияла на их структуру, поскольку на многих расширяющихся пастбищах предлагалась жесткая, абразивная пища, которая изнашивала зубы. У видов с высокими коронками жевательные поверхности зубов дольше оставались пригодными для использования, несмотря на износ.

Во многих семействах наличие зубов с высокими коронками было связано с меньшей вероятностью вымирания и большей вероятностью видообразования. Это преимущество было особенно очевидно среди животных, способных питаться травой или сочетать ее с другими растениями.

Реакция по-прежнему различалась в разных частях эволюционного древа. Крупные родственники жирафов и бегемотов демонстрировали более медленное видообразование по мере засухи, в то время как родственники слонов и носорогов не проявляли аналогичной реакции.

Не существовало единого правила, регулирующего поведение всех крупных травоядных животных. Размер тела, наследственные семейные признаки, строение зубов и условия окружающей среды формировали каждую группу по-своему.

Изменение временных рамок меняет понимание роли человека. Утрата разнообразия крупных травоядных животных в Африке началась за миллионы лет до того, как охота со стороны человека могла бы привести к общеконтинентальному сокращению их численности.

Игнасио А. Лазагабастер работает в Национальном исследовательском центре по эволюции человека (CENIEH). Он поместил полученные результаты в контекст долгой истории окружающей среды Африки.

«Расширение открытых пространств, усиление засушливости и снижение продуктивности экосистем преобразовывали африканские сообщества на протяжении миллионов лет», — сказал Лазагабастер. «Наши результаты показывают, что, хотя деятельность человека, возможно, и способствовала некоторым недавним исчезновениям, она не была основной причиной широкомасштабной утраты этих крупных травоядных животных».

В данном контексте продуктивность экосистемы означает количество растительности, которое может поддерживать данная среда. Полученные данные не исключают причастность человека ко всем случаям вымирания видов, но показывают, что у сокращения численности населения в масштабах всего континента были гораздо более древние экологические и эволюционные корни.

Ископаемые находки не одинаково хорошо отражают особенности каждой среды обитания. Большинство участков, включенных в этот анализ, находились в саваннах, лесах, болотах и лугах, поэтому полученные результаты могут быть неприменимы к тропическим лесам.

Экологические показатели также усредняют условия на больших территориях. Они не могут охватить все локальные засухи, изменения среды обитания или экологические различия по всему континенту. Эти взаимосвязи показывают общие закономерности, но они не доказывают, что одной лишь засухой было причиной всех исчезновений.

Наконец, модель позволила оценить темпы эволюции на основе ископаемых останков, характеристик животных и данных об окружающей среде. Некоторые оценочные диапазоны были широкими, поэтому точные различия остаются неопределенными, хотя основные закономерности размеров наблюдались в большинстве вариантов моделирования.

Разнообразие может резко сократиться, даже если вымирание не затрагивает в наибольшей степени самых крупных животных. Группа все равно сокращается, если она теряет виды быстрее, чем эволюция успевает их восполнять.

Для гигантских африканских травоядных животных медленная видообразование привела к этой долгосрочной слабости. По мере того, как условия становились засушливыми, а экосистемы поддерживали меньшую растительность, мелкие животные часто быстрее создавали новые виды, в то время как многие гигантские ветви добавляли их слишком медленно.

Современные факторы, влияющие на жизнь людей, имеют значение, но они лежат в основе гораздо более древней истории. Результаты исследования показывают, что истощенные популяции крупных травоядных животных в Африке сформировались в результате миллионов лет изменений окружающей среды и неравномерного эволюционного обновления.