Массовое вымирание открыло «Эпоху рыб», показывает база данных окаменелостей
Около 445 миллионов лет назад жизнь на Земле изменилась навсегда. За геологическое мгновение ледники образовались над суперконтинентом Гондвана, осушив многие обширные мелководные моря. Это привело к «ледниковому климату», который вместе с радикально изменившейся химией океана вызвал вымирание около 85% всех морских видов — большинства жизни на Земле.
В новом исследовании в Science Advances учёные из Окинавского института науки и технологий (OIST) доказали, что из этого биологического хаоса, известного как позднеордовикское массовое вымирание (LOME), возникло беспрецедентное разнообразие позвоночных. В ходе этого переворота одна группа стала доминировать над всеми остальными, направив жизнь по пути к современным челюстноротым позвоночным.
«Мы показали, что челюстноротые рыбы стали доминировать только потому, что это событие произошло», — говорит старший автор, профессор Лорен Саллан из подразделения макроэволюции OIST.
Более полная картина жизни на закате ордовика
Ордовикский период, длившийся примерно с 486 до 443 миллионов лет назад, был временем, когда Земля выглядела совершенно иначе. Южный суперконтинент Гондвана доминировал на планете, окружённый обширными мелководными морями. Полюса были свободны ото льда, а вода была приятно тёплой благодаря парниковому климату.
В то время как побережья медленно колонизировались растениями, похожими на печёночники, и многоногими членистоногими, окружающие бассейны кишели разнообразными и причудливыми формами жизни. Большеглазые, похожие на миног конодонты извивались вокруг высоких морских губок, трилобиты сновали среди роев раковинных моллюсков, а морские скорпионы размером с человека и гигантские наутилоиды с острыми раковинами длиной до пяти метров патрулировали воды в поисках добычи.
Среди этих странных существ изредка встречались скромные предки гнатозомов, или челюстноротых позвоночных, которым позже суждено было доминировать в животной жизни планеты.
Вымирание произошло в два импульса. Сначала планета быстро перешла от парникового к ледниковому климату, покрыв большую часть Гондваны ледниками, которые осушили мелководные океанические местообитания. Затем, несколько миллионов лет спустя, когда биоразнообразие только начало восстанавливаться, климат снова изменился, растопив ледяные шапки и затопив теперь уже холодоадаптированную морскую жизнь тёплой, сернистой и бедной кислородом водой.
Во время и после этих волн смерти большинство выживших позвоночных были ограничены рефугиумами — изолированными очагами биоразнообразия, разделёнными непреодолимыми просторами глубокого океана, — где выжившие гнатозомы, очевидно, имели преимущество.
«Мы собрали воедино 200 лет палеонтологии позднего ордовика и раннего силура, создав новую базу данных палеонтологической летописи, которая помогла нам реконструировать экосистемы рефугиумов», — говорит первый автор Вахэй Хагивара.
«Из этого мы смогли количественно оценить разнообразие на уровне рода того периода, показав, как LOME напрямую привело к постепенному, но драматическому увеличению биоразнообразия гнатозомов. Тренд очевиден — импульсы массового вымирания напрямую привели к увеличению видообразования спустя несколько миллионов лет».
От зубатых «червей» до дарвиновских вьюрков
Создав эту всеобъемлющую базу данных окаменелостей со всего мира, исследователи смогли связать растущее биоразнообразие гнатозомов не только с LOME, но и с местоположением.
«Например, на территории современного Южного Китая мы видим первые полные окаменелости челюстноротых рыб, которые напрямую связаны с современными акулами. Они были сконцентрированы в этих стабильных рефугиумах в течение миллионов лет, пока не развили способность пересекать открытый океан в другие экосистемы», — объясняет Хагивара.
Интегрируя палеонтологическую летопись с биогеографией, морфологией и экологией, эти находки помогли уточнить понимание эволюции.
«Челюсти эволюционировали, чтобы создать новую экологическую нишу, или наши предки сначала заняли существующую нишу, а затем диверсифицировались? Наше исследование указывает на последнее. Будучи ограниченными географически небольшими территориями с множеством свободных мест в экосистеме, оставленных вымершими бесчелюстными позвоночными и другими животными, гнатозомы могли внезапно занять широкий спектр различных ниш», — говорит профессор Саллан.
Пока челюстноротые рыбы были заперты в Южном Китае, их бесчелюстные родственники продолжали эволюционировать параллельно в других местах, господствуя в морях в течение следующих 40 миллионов лет. Они диверсифицировались во множество различных форм рифовых рыб, некоторые из которых имели альтернативные структуры рта. Но почему именно челюстноротые рыбы среди всех других выживших стали доминировать позже, когда распространились из рефугиумов, остаётся загадкой.
Исследователи обнаружили, что LOME не стёр всё с чистого листа, а запустил экологический сброс. Ранние позвоночные заняли ниши, оставленные вакантными конодонтами и членистоногими, восстанавливая ту же экологическую структуру, но с новыми видами. Эта модель повторяется на протяжении всего палеозоя после событий вымирания, вызванных схожими условиями окружающей среды, формируя то, что команда называет повторяющимся «циклом разнообразия-сброса», в ходе которого эволюция восстанавливает экосистемы, сходясь к одним и тем же функциональным конструкциям.
«Интегрируя местоположение, морфологию, экологию и биоразнообразие, мы наконец можем увидеть, как ранние экосистемы позвоночных восстанавливались после серьёзных нарушений окружающей среды. Эта работа помогает объяснить, почему эволюционировали челюсти, почему челюстноротые позвоночные в конечном итоге победили и почему современная морская жизнь восходит к этим выжившим, а не к более ранним формам, таким как конодонты и трилобиты», — резюмирует профессор Саллан.