Окружение окаменелостей проливает свет на вымирание и изменения среды

Палеобиолог Марк Пацковски помнит момент, определивший направление его карьеры. В конце 1980-х, будучи аспирантами, он и его коллега Стив Холланд собирали окаменелости в Аппалачах. Позже, сравнивая находки из слоев, разделенных миллионами лет, они обнаружили одни и те же группы видов. Оказалось, что оба слоя представляли тепловодные среды, а разделявшие их отложения — холодноводные. Это указало на крупномасштабное изменение климата: исходные виды вернулись, когда среда снова потеплела. Без анализа вмещающих пород этот паттерн остался бы незамеченным.

Предвзятость летописи окаменелостей

Процесс фоссилизации — это фильтр, на который влияют осадконакопление, распад и химические процессы. Палеобиологи часто фокусируются на «предвзятости» геологической летописи — случайных факторах, искажающих картину (например, перенос тел течением).

Однако стратиграфическая архитектура — закономерное строение осадочных толщ — накладывает на летопись систематический паттерн, многое говорящий о среде обитания организмов. Понимая эту архитектуру, можно целенаправленно искать окаменелости, подобно тому как нефтяные геологи прогнозируют месторождения.

Подход Пацковски и Холланда: изучать разнообразие и обилие окаменелостей в неразрывной связи с породами, которые их заключают, и средой, которую эти породы представляют.

Породы сквозь века

Эволюция и экология, конечно, тоже влияют на распределение окаменелостей (эволюция — по вертикали, экология — по горизонтали). Но чтобы понять их, сначала нужно учесть стратиграфическую архитектуру.

Моря и озера не статичны. Их береговые линии смещаются, условия (глубина, соленость, температура, течения) меняются. Обычно летопись представляют как вертикальную последовательность слоев. На длительных интервалах (например, весь ордовикский период, 489–444 млн лет назад) это верно. Но на масштабе в несколько миллионов лет один выход породы может включать разные типы, представляющие разные древние среды.

Традиционная палеобиология часто приписывает различия окаменелостей на разных вертикальных уровнях эволюции, игнорируя меняющуюся среду. Виды могли: адаптироваться и эволюционировать, мигрировать в подходящую среду или вымереть локально.

Вымерли навсегда?

Пацковски предостерегает от поспешных выводов о вымирании в конкретном месте и времени. Детальный анализ осадочной архитектуры часто предлагает иную интерпретацию.

Когда в разрезе видны изменения среды и исчезновение таксонов, нужно искать другие места, где эта среда существовала позже, чтобы проверить, действительно ли они вымерли.

Другая ситуация для ошибочной интерпретации — длительный перерыв в осадконакоплении (эрозия), после которого молодые осадки легли на гораздо более древние. Виды могли эволюционировать постепенно, но в летописи изменения будут выглядеть резкими, как краткий интенсивный эпизод вымирания и видообразования.

Увидеть будущее в прошлом

В 2012 году Пацковски и Холланд обобщили около 30 лет работы в книге «Stratigraphic Paleobiology». Их идеи начинают проникать в традиционную палеобиологию, но прогресс медленный из-за междисциплинарности (седиментология + палеобиология).

Интерес к экологии древних видов и их реакции на изменения среды обитает новую актуальность в свете антропогенных изменений планеты. Уровень CO₂ достиг ~400 ppm (как в плиоцене, 1.6–5 млн лет назад). Экологи изучают современные «снимки» и строят прогнозы.

Но есть и другой путь: ископаемая летопись показывает, что на самом деле происходило до, во время и после крупных экологических перемен в прошлом.

«Но если вы собираетесь изучать летопись окаменелостей, — говорит Пацковски, — сначала нужно изучить стратиграфическую архитектуру».