Парадокс Ордовика: как вымирание запустило эру позвоночных

Около 445 миллионов лет назад жизнь на Земле изменилась навсегда. В результате резкого похолодания, охватившего суперконтинент Гондвану, ледники впитали в себя воду из мелководных морей, словно губка. Радикально изменившаяся химия океана и наступление «ледникового периода» привели к вымиранию примерно 85% всех морских видов – подавляющего большинства жизни на планете.

Новое исследование, опубликованное в Science Advances, доказывает, что эта биологическая катастрофа, известная как позднеордовикское массовое вымирание, парадоксальным образом привела к беспрецедентному расцвету позвоночных. В период потрясений одна группа – челюстные позвоночные – начала доминировать над всеми остальными, направляя эволюцию по тому пути, который привел к появлению современного мира. «Мы продемонстрировали, что челюстные рыбы стали доминировать только благодаря этому событию, – говорит старший автор исследования, профессор Лорен Саллан. – По сути, мы уточнили наше понимание эволюции, проведя черту между палеонтологической летописью, экологией и биогеографией».

В ордовикский период, примерно 486–443 миллиона лет назад, Земля выглядела иначе. Южный суперконтинент Гондвана был окружен обширными теплыми морями, а на полюсах не было льда. В то время как на суше только появлялись первые примитивные растения и многоногие членистоногие, в океанах кипела разнообразная и причудливая жизнь. Здесь плавали змееподобные конодонты, сновали трилобиты, а морские скорпионы размером с человека и гигантские наутилоиды с пятиметровыми раковинами охотились на добычу. Среди этих странных существ скромно существовали и предки челюстных позвоночных, которым было суждено захватить планету.

Вымирание происходило в два этапа. Сначала планета резко перешла от парникового климата к ледниковому, что осушило привычные места обитания. Затем, несколько миллионов лет спустя, когда биоразнообразие только начало восстанавливаться, климат снова изменился. Таяние ледников наполнило океаны теплой, бедной кислородом и насыщенной серой водой, погубив виды, успевшие приспособиться к холоду. Немногие выжившие позвоночные оказались заперты в «рефугиумах» – изолированных очагах биоразнообразия, где челюстные виды получили решающее преимущество.

Исследователи объединили 200 лет палеонтологических данных, создав новую базу окаменелостей. Это позволило реконструировать экосистемы рефугиумов и количественно оценить разнообразие видов. «Тренд очевиден – импульсы массового вымирания напрямую привели к всплеску видообразования спустя несколько миллионов лет», – отмечает один из авторов работы Вахеи Хагивара. Анализ показал, что именно эти события стали причиной постепенного, но резкого роста разнообразия челюстных рыб.

Создание всеобъемлющей базы данных позволило связать рост разнообразия не только с вымиранием, но и с местоположением. «Мы впервые смогли количественно изучить биогеографию до и после массового вымирания», – объясняет профессор Саллан. Например, на территории современного Южного Китая были найдены первые полные окаменелости челюстных рыб, предков современных акул. Миллионы лет они концентрировались в этих стабильных «убежищах», пока не развили способность пересекать открытый океан.

Закрепившись в географически небольших районах с множеством свободных экологических ниш, оставленных вымершими видами, предки челюстных смогли занять самые разные роли в экосистеме. Подобная картина наблюдалась у дарвиновских вьюрков на Галапагосских островах, которые диверсифицировали свой рацион, чтобы выжить, и со временем их клювы приобрели разную форму. Челюсти, по-видимому, эволюционировали не для создания новой ниши, а для освоения уже существующих.

Вместо того чтобы «очистить доску», вымирание вызвало экологическую перезагрузку. Ранние позвоночные заняли ниши, освобожденные конодонтами и членистоногими, воссоздав прежнюю структуру экосистемы, но с новыми видами. Ученые называют этот повторяющийся паттерн «циклом перезагрузки разнообразия», в ходе которого эволюция восстанавливает экосистемы, возвращаясь к одним и тем же функциональным решениям. Эта работа помогает объяснить, почему появились челюсти, почему челюстные позвоночные в конечном итоге одержали верх и почему современная морская жизнь восходит к этим выжившим, а не к более ранним формам.