Новостной сайт сообщает о прорывном исследовании, проведенном под эгидой Стэнфордского университета, которое проливает свет на одну из самых интригующих загадок палеонтологии: почему одни морские обитатели пережили величайшую катастрофу в истории планеты, а другие были стерты с лица Земли. Полученные результаты не только реконструируют механизмы формирования современных океанических экосистем, но и служат тревожным сигналом, демонстрируя, к каким последствиям может привести нынешнее потепление мирового океана.
Около 252 миллионов лет назад разразилось пермско-триасовое вымирание — событие, известное как «Великое вымирание», которое уничтожило приблизительно 96% морских видов и 70% наземных форм жизни. Однако, как выяснили ученые, этот колоссальный катаклизм отнюдь не был равномерным в своем разрушительном воздействии. На протяжении 280 миллионов лет до катастрофы на древнем морском дне безраздельно господствовали брахиоподы, морские лилии (криноидеи) и другие донные организмы. После же вымирания эти группы были практически полностью истреблены. В то же время, моллюски, включая двустворчатых и брюхоногих, потеряли лишь около половины своего разнообразия. Выжившие представители этой группы, наряду с рыбами и иглокожими (такими как морские звезды и морские ежи), впоследствии стали доминировать в океанах, и эта тенденция сохраняется по сей день.
Опубликованное 6 июля в журнале Труды Национальной академии наук, это исследование является первым, объединившим биологические данные как групп, пострадавших от вымирания, так и тех, кто сумел пережить его. Анализ выявил одно ключевое преимущество: виды, чей метаболизм оказался менее приспособленным к существованию в более теплой и бедной кислородом воде, столкнулись с катастрофически высокими темпами вымирания. Столь суровые условия океана возникли в результате массивных вулканических извержений, выбросивших в атмосферу огромные объемы углекислого газа и метана, что спровоцировало резкое глобальное потепление.
Почему одни выжили, а другие нет
«С помощью этого исследования мы, по сути, хотели разгадать загадку о том, почему, когда вы идете на пляж, вы собираете раковины моллюсков и улиток, а не брахиопод», — пояснил ведущий автор работы Хосе Андрес Маркес, бывший аспирант лаборатории Эрики Андерс Сперлинг в Стэнфорде. «Наши результаты показывают, что в различных группах организмов вымирание происходит гораздо более быстрыми темпами среди тех, кто был более уязвим к повышению температуры воды и снижению доступности кислорода».
Метаболизм, как известно, включает все химические процессы, позволяющие организму производить энергию и поддерживать жизнедеятельность. В течение палеозойской эры, завершившейся Великим вымиранием, многие морские животные вели малоподвижный, донный образ жизни, питаясь фильтрацией. К ним относились брахиоподы, криноидеи (морские лилии, являющиеся родственниками морских звезд), а также некоторые кораллы и морские анемоны. Напротив, морские обитатели, процветавшие после катастрофы, были в целом гораздо более активными. Рыбам, подвижным улиткам, морским ежам и двустворчатым моллюскам (моллюскам, устрицам и мидиям) требовался более интенсивный метаболизм для поддержания движения и, во многих случаях, хищнического образа жизни. По сравнению с брахиоподами, двустворчатые моллюски нуждаются в большем количестве энергии из-за более крупного тела и мускулистой «ноги», позволяющей им зарываться в грунт и ползать.
«Вот почему мы едим похлебку из моллюсков и не едим похлебку из брахиопод», — резюмировал Сперлинг, старший автор исследования и доцент кафедры наук о Земле и планетах. «У брахиопод почти нет мяса».
По мнению наблюдателей, работа имеет и важнейшие последствия для современности. Условия окружающей среды, предшествовавшие Великому вымиранию, напоминали относительно прохладные, богатые кислородом океаны, существовавшие за миллионы лет до того, как человечество начало стремительно изменять климат Земли за счет сжигания ископаемого топлива. «Это исследование действительно является последним гвоздем в гроб того, что вызвало массовое вымирание в пермско-триасовом периоде», — подчеркнул Сперлинг. «Крупнейшее массовое вымирание всех времен происходило на Земле, которая очень похожа на современную: она имела сравнительно прохладный, хорошо насыщенный кислородом океан, а затем произошла гигантская инъекция углекислого газа в систему. Понимание того, как Земля и ее биота отреагировали тогда, может дать нам информацию о том, что будет дальше».
начительно превосходили долю двустворчатых моллюсков. Сегодня осталось всего около 400 видов брахиопод, а двустворчатых моллюсков, по мере роста, существует от 10 000 до 15 000 видов.
Сперлинг сравнил этот драматический экологический поворот с вымиранием нептичьих динозавров 65 миллионов лет назад, «когда млекопитающие, по сути, захватили власть и никогда больше не уступали этим нишу рептилиям».
Воссоздание древнего океанского кризиса
Исследование Принстона и Стэнфорда, проведенное в 2018 году, пришло к выводу, что потепление океанов и потеря кислорода, вероятно, были ответственны за Великое вымирание. Однако эта более ранняя работа в основном основывалась на выводах данных, собранных в современных морских видах, особенно важных для рыб и ракообразных, что приводит к серьезным пробелам в знаниях о животных, которые на самом деле пострадали больше всего.
«В нашем новом исследовании мы восполнили этот пробел в физиологии палеозойской фауны, чтобы посмотреть, можем ли мы объяснить не только биогеографию вымирания, но и таксономическую избирательность вымирания», — сказал он. — сказал Сперлинг.
Чтобы заполнить этот пробел, мы проводим годы полевых исследований, в том числе собрали живых брахиопод на островах Сан-Хуан в штате Вашингтон, где они выглядят относительно распространенными. Исследователи собрали широкий спектр морских животных, представляющих как древние, так и современные экосистемы океана.
На полевых станциях и в лабораториях Стэнфорда ученые изучали, сколько кислорода потребляет каждый организм при различных температурах воды. По мере нагревания воды усиливается метаболическая активность, увеличивая потребность животных в кислороде.
Эксперименты показали, что палеозойские животные могли выживать в условиях более низкого содержания кислорода, чем многие современные виды. Однако, как только была повышена температура, их замедление темпов роста больше не могло поддерживать темп. Их потребность в кислороде росла гораздо быстрее, чем у морских животных.
По мнению наблюдения, результат такой, помогите объяснить особенности в строении тела. Более активным современным видам в нормальных условиях требуется больше кислорода, но они также обладают мышцами и жабрами, надетыми для содержания растущей руки в кислороде во время потепления.
«Потепление и потеря здоровья являются ключевыми факторами», — сказал он. — сказал Сперлинг.
Другие исследования также выявили закисление океана, вызванное углекислым газом, который делает морскую воду более кислой, что является еще одним фактором стресса, поскольку он затрудняет образование. Сперлинг сказал, что новые результаты показывают, что подкисление, вероятно, способствовало вымиранию, но было гораздо менее эффективным, чем потепление и истощение кислорода.
Уроки для современных океанов
Команда Стэнфорда планирует расширить свои исследования на большем количестве групп морских животных, чтобы лучше понять, как взаимодействуют потепление, потеря кислорода и закисление, особенно с учетом того, что все три фактора в современных океанах становятся все более суровыми.
Исследователи предупреждают, что история может измениться, если современные морские виды столкнутся со все более теплыми и обедненными кислородными водами.
«Плохая новость заключается в том, что мы обеспечиваем путь к пермско-триасовым уровням потепления в прогнозах наихудшего сценария», — говорит он. — сказал Сперлинг. Температура повысилась на 8-12°С. Цель на протяжении тысячелетий вызова Великое вымирание, а сегодня, всего через 100–200 лет, по прогнозам, температура составит 1,5–4 градуса. К 2100 году по Цельсию станет теплее, чем в доиндустриальные времена. «Но хорошая новость в том, что мы все еще находимся на том этапе, когда мы можем что-то изменить и что-то с этим сделать».
Финансирование было предоставлено Национальным стандартным фондом США, НАСА, Палеонтологической ассоциацией и Стэнфордским институтом окружающей среды Вудса.