Ученые используют ископаемые записи для понимания настоящего и прогнозирования будущих экосистем

Земля переживает кризис биоразнообразия, вызванный множеством антропогенных факторов. Это событие называют Шестым массовым вымиранием. Ученые изучают аналогичные события геологического прошлого планеты, ища в древних экосистемах подсказки для решения современных проблем.

Современные события привели к драматическим изменениям в распространении видов, изменяя характерную для определенного времени и региона экосистему — биоту. Саймон Дарроч, доцент наук о Земле и окружающей среде, надеется найти свидетельства подобных изменений биоты в палеонтологической летописи, например, в ненарушенных последовательностях горных пород, которые позволяют соотнести ключевые события и виды с соответствующими временными периодами. Однако степень, в которой биогеографические паттерны (распределение животных) могут сохраняться в ископаемой летописи, до конца не изучена.

Чтобы решить эту загадку, Дарроч и команда палеонтологов и геобиологов использовали компьютерное моделирование. Они создали симулированные "ископаемые" записи на основе современного распространения 340 видов, чтобы попытаться восстановить существующие биогеографические паттерны в различных гипотетических сценариях вымирания. Исследователи обнаружили, что могут с удивительной точностью восстановить многие биогеографические паттерны, такие как размер и расположение очагов биоразнообразия (hotspots). Соавторами исследования выступили Даниэль Фрейзер из Канадского музея природы в Оттаве и Мишель Кейси из Университета Таусона.

Исследование "The preservation potential of terrestrial biogeographic patterns" опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B. В ходе моделирования ученые учли множество факторов, искажающих картину сохранности, включая неравномерное распределение местонахождений ископаемых и тенденцию к худшей сохранности в летописи мелких животных. Последнее считалось непреодолимым барьером для реконструкции биогеографических паттернов после событий вымирания, поскольку большинство млекопитающих имеют небольшие размеры тела.

"Большинство экологов обычно учат, что окаменелости мелких млекопитающих плохо сохраняются, потому что хрупкие скелеты размываются", — сказал Дарроч. Однако он и его коллеги обнаружили, что этот пробел можно компенсировать, изучая птичьи погадки, в частности, погадки сов. Этот материал идеально подходит для сохранения ископаемых остатков — от крошечных зубов до черепов млекопитающих, которые иначе остались бы незамеченными.

В целом, исследование показывает, что потенциал сохранения биогеографических паттернов в палеонтологической летописи удивительно высок. Это означает, что ископаемые записи — не только бесценный архив для идентификации видов и событий прошлого, но и обширная библиотека древней биогеографии. Моделирование демонстрирует, что палеонтологическая летопись потенциально может показать ученым, где находились очаги биоразнообразия во время прошлых биотических кризисов, и определить, были ли они склонны к смещению или сокращению по мере ухудшения состояния окружающей среды. Реконструкция этих изменений может помочь ученым определить, какие регионы нуждаются в защите в условиях ухудшения глобальных экосистем.

"Этот проект вырос из пандемии, — сказал Дарроч. — Без возможности путешествовать нам пришлось найти новый способ заниматься крутой наукой. Поэтому численные подходы, такие как наше компьютерное моделирование, стали более привлекательными. Это новый подход, и сама постановка вопроса — моделирование ископаемых записей с современными сценариями, чтобы увидеть, насколько хорошо мы можем воспроизвести сценарий, — необычна. Насколько нам известно, больше никто не подходит к изучению палеонтологической летописи таким образом".

Следующий шаг — прогнозирование. Дарроч и его команда работают над пониманием того, как будут смещаться очаги биоразнообразия при глобальном потеплении и похолодании. Кроме того, они хотят понять, где произойдет массовое вымирание, если оно случится.

"Я считаю, что это оправдание для включения палеонтологии в круг тех, кто принимает решения о сохранении природы", — заявил Дарроч.

Хотя подход является новым, Дарроч и его команда опирались на основополагающие исследования палеонтолога Кей Беренсмейер для расчета массы тела видов и включили ее фундаментальную работу об искажениях сохранности в свое исследование. "Доктор Беренсмейер потратила 30 лет на описание процессов, которые управляют переходом живого организма через смерть и разложение в палеонтологическую летопись, — сказал Дарроч. — Мы смогли взять ее работу 1970-х годов и сказать: "Вот одно из важнейших применений, которое мы нашли для этих данных"".