Около 445 миллионов лет назад Земля пережила одно из самых драматичных событий в своей истории, которое навсегда изменило ход эволюции. За геологически короткий срок массивные ледники покрыли южный суперконтинент Гондвану. Вода, запертая во льдах, привела к высыханию огромных мелководных морей. Это спровоцировало наступление «ледникового климата», радикально изменило химический состав океана и привело к катастрофе – вымиранию примерно 85% всех морских видов.
Однако из этого опустошения родилось нечто неожиданное. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science Advances, ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) показали, что это событие, известное как позднеордовикское массовое вымирание, подготовило почву для взрывного роста разнообразия позвоночных. В разгар хаоса одна группа получила решающее преимущество – челюстные позвоночные. «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, установив связь между ископаемыми, экологией и биогеографией».
В ордовикском периоде, который длился с 486 по 443 миллион лет назад, мир выглядел совершенно иначе. Гондвана занимала Южное полушарие и была окружена теплыми мелководными морями. На полюсах не было льда, и «парниковый климат» поддерживал богатые морские экосистемы. На суше только начинали появляться примитивные растения, а по побережьям ползали многоногие членистоногие. Океаны же кишели странной жизнью: здесь обитали похожежие на миног конодонты, трилобиты, морские скорпионы размером с человека и гигантские наутилоиды с пятиметровыми раковинами. Среди этих существ жили и ранние предки челюстных позвоночных, которые в то время были редки и ничем не примечательны.
Вымирание происходило в две фазы. Сначала Земля резко перешла от теплого «парникового» состояния к холодному «ледниковому». Ледники сковали Гондвану, осушив моря и уничтожив ключевые морские экосистемы. Несколько миллионов лет спустя, когда жизнь начала восстанавливаться, климат снова изменился. Таяние ледников наполнило океаны теплой водой, бедной кислородом, что стало губительным для видов, адаптировавшихся к холоду.
Во время этих кризисов выжившие позвоночные оказались заперты в так называемых «рефугиумах» – изолированных очагах биоразнообразия, разделенных глубокими океанскими барьерами. Именно в этих убежищах челюстные позвоночные, по-видимому, получили ключевое преимущество. Команда исследователей проанализировала огромную базу данных, собранную за два столетия палеонтологических работ. «Мы объединили 200 лет исследований, – отмечает первый автор Вахеи Хагивара. – И тенденция очевидна – волны массового вымирания напрямую привели к усиленному видообразованию спустя несколько миллионов лет».
Изучение ископаемых также позволило впервые количественно проанализировать биогеографию до и после массового вымирания, отследив перемещение видов. Например, окаменелости из региона, который сейчас является Южным Китаем, содержат останки самых ранних челюстных рыб, близких к современным акулам. Миллионы лет эти виды оставались в стабильных рефугиумах и лишь затем эволюционировали, чтобы пересекать открытый океан и осваивать новые территории.
Исследование проливает свет на давний эволюционный вопрос: челюсти появились, чтобы создать новую экологическую нишу, или наши предки сначала заняли уже существующую, а затем диверсифицировались? «Наша работа указывает на второй вариант», – объясняет профессор Саллан. Оказавшись в ограниченных ареалах, челюстные позвоночные столкнулись с экосистемами, где было много свободных ролей, оставленных вымершими видами. Это изобилие ниш позволило им быстро разнообразиться, подобно тому как вьюрки Дарвина на Галапагосских островах адаптировали свои клювы к разным источникам пищи.
Тем не менее, это не было мгновенной победой. Бесчелюстные позвоночные продолжали доминировать в открытых океанах еще 40 миллионов лет. Таким образом, вымирание стало не «чистым листом», а скорее «экологической перезагрузкой». Ранние позвоночные заняли роли, которые когда-то принадлежали членистоногим и конодонтам, восстанавливая знакомые структуры экосистем с новыми видами. Этот повторяющийся паттерн ученые назвали «циклом перезагрузки разнообразия».
«Объединив данные о местоположении, морфологии, экологии и биоразнообразии, мы наконец можем увидеть, как ранние экосистемы позвоночных перестраивались после крупных сбоев, – подводит итог профессор Саллан. – 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 трилобитам или конодонтам».
