No dinozauru izzušanas līdz jaunatklātajām nišām: no maziem, cirvjiem līdzīgiem radījumiem līdz lieliem zīdītājiem
Jauna ēra pēc dinozauriem
Pirms 66 miljoniem gadu, K–Pg masveida izmiršana iznīcināja nepūķveidīgos dinozaurus, kā arī jūras rāpuļus, piemēram, mosazaurus, un daudzas citas grupas. Lai gan lielu sauszemes mugurkaulnieku izzušana bija katastrofa mezozoja ekosistēmām, tā atbrīvoja ekoloģisko "telpu", ko līdz tam apspieda zīdītāji—ilgi apspiesti dinozauru—un ko viņi varēja ātri aizņemt. Vēlākajā paleocēnā, eocēnā un vēlāk šie mazie, izolētie dzīvnieki attīstījās daudzos veidos: no milzīgiem augu ēdājiem (kājniekiem) līdz augšējiem plēsējiem (kredoniem, vēlāk īstiem plēsējiem), līdz jūras vaļiem un lidojošiem sikspārņiem. Mūsdienu zīdītāji ir šīs izcilās pēckrīta diversifikācijas mantojums, kas ilustrē panākumus, balstoties uz pielāgošanos un inovācijām.
2. Mezozoja zīdītāju saknes
2.1 Agrīnie zīdītāji: mazi un bieži nakts dzīvnieki
Zīdītāji radās aptuveni vienlaikus vai nedaudz agrāk nekā dinozauri vēlā triasā (~pirms 225+ milj. gadiem). Viņu senči bija sinapsīdi (dažkārt saukti par "zīdītājveidīgiem rāpuļiem"), un agrīnie īstie zīdītāji bija mazi, ar attīstītu žokļa un auss kaulu uzbūvi, spalvu siltuma saglabāšanai un laktāciju. Piemēram:
- Morganucodon (~205–210 milj. g.): Pamatmammaliforms, sīks kukaiņēdājs.
- Multituberkulāti: Mezozoja laikos ļoti veiksmīga grupa, bieži salīdzināta ar grauzējiem pēc ekomorfo nišām.
Šādi dzīvnieki līdzās dinozauriem pastāvēja vairāk nekā 100 milj. gadu, galvenokārt aizņemot mazāk nozīmīgas nakts vai kukaiņēdāju nišas, iespējams, tā izvairoties no tiešas konkurences ar lieliem dienas rāpuļiem.
2.2 Mezozoja ierobežojumi
Lielāki ķermeņa izmēri un plašākas dienas aktivitātes jomas bija stingri ierobežotas dinozauru dominances dēļ. Daudzi zīdītāji palika mazi (no žagariņa līdz kaķa izmēram). To apstiprina fosiliju atradumi, kas ļoti reti rāda lielākus mezozoja zīdītājus. Ir izņēmumi (Repenomamus – krīta zīdītājs, kas barojās ar dinozauru mazuļiem), bet tie ir reti.
3. K–Pg izmiršana: jauna iespēja atklājas
3.1 Katastrofiski notikumi
Pirms 66 milj. gadiem, Čiksulubo asteroīda trieciens un iespējams pastiprinātie Dekana trapu izvirdumi Indijā izraisīja globālas satricinājumus: "trieciena ziema", pasaules ugunsgrēki, skābs lietus u.c. Nepūķveidīgie dinozauri, pterozauri, lieli jūras rāpuļi un daudzas bezmugurkaulnieku grupas izzuda. Mazāki, elastīgāki organismi – putni, sīki rāpuļi, abinieki un zīdītāji – pēc katastrofas bija ar lielākām izdzīvošanas iespējām. Sākumā pasaule bija resursu trūkuma stāvoklī, tāpēc pielāgošanās kļuva būtiska.
3.2 Izdzīvojušie zīdītāji
Izdzīvojušie zīdītāji, visticamāk, raksturojās ar:
- Mazā ķermeņa: Mazākas absolūtās pārtikas vajadzības.
- Elastīga uztura: kukaiņēdāji vai visēdāji varēja izmantot pagaidu resursus.
- Drošas slēpšanās paradumi: alu vai ligzdu veidošana aizsargāja no vides ekstrēmiem.
Pēc tam, kad smagākais klimata stress mazinājās, šīm izdzīvojušajām līnijām atvērās pasaule bez lieliem konkurentiem – ideāli piemērota ātrai radiācijai.
4. Agrīnais paleocēns: zīdītāju radiācija
4.1 Paleocēna "sprādziens"
Paleocēns (66–56 milj. g. p.m.ē.) notika izteikts zīdītāju izmēra, daudzveidības un skaita pieaugums:
- Multituberkulāti turpināja plaukt kā grauzējiem līdzīgi augļēdāji / visēdāji.
- Jaunas placentālo un sterblīgo zīdītāju līnijas paplašinājās, iekļaujot specializētus augļēdājus, plēsējus, kukaiņēdājus.
- Kondilartri (arhaiskie ragaini) parādījās, vēlāk evolūcijas gaitā kļūstot par mūsdienu ragainajiem.
- Cimolestai vai "paleocēna plēsēji" ieņēma mazo plēsēju nišas.
Bez dinozauriem zīdītāji ieņēma brīvas nišas: vidēja un liela izmēra zālēdāji, plēsēji, rāpojoši vai lidojoši veidi. Fosiliju atradnes, piemēram, Bigorno baseins Ziemeļamerikā, rāda daudz agrīno paleocēna zīdītāju palieku, kas atspoguļo pārejas ekosistēmas, kas atjaunojas pēc izmiršanas [1], [2].
4.2 Klimats un augu valsts
Siltie paleocēna laika apstākļi ar atjaunotiem mežiem vietā, kur bija iznīcināta mezozoja augu valsts, nodrošināja daudz barības avotu. Angiospermas (ziedošie augi), kas izplatījās vēl vēlā krīta periodā, nodrošināja augļus un sēklas jaunām zīdītāju diētām. Tikmēr kukaiņi arī atguvās, atbalstot kukaiņēdāju uzplaukumu. Tā veidojās arvien sarežģītākas zīdītāju kopienas.
5. Eocēns un turpmākā daudzveidība
5.1 "Otrā" zīdītāju evolūcijas fāze
Eocēns (~56–34 milj. g. p.m.ē.) periodā zīdītāji kļuva vēl specializētāki:
- Ragaini (ungulāti): sadalījās artiodaktilos (līdzsvara ragaini) un perisodaktilos (nelīdzsvara ragaini).
- Primāti turpināja attīstīties ar koku pielāgotām īpašībām (adapiformas, omomiji).
- Agrīnie plēsīgie zīdītāji (miacīdi) un citas plēsēju līnijas sāka mainīt vai izspiest vecākās paleocēna plēsīgo grupas (piemēram, kreadonus).
Daudzās līnijās ķermeņa izmērs palielinājās. Daži vaļu senči (pakicetīdi) eocēna sākumā pārgāja no sauszemes uz ūdeni, galu galā kļūstot par pilnīgi jūras cetacejiem. Ekoloģiskās sistēmas kļuva arvien sarežģītākas, atgādinot daudzas mūsdienu zīdītāju grupas.
5.2 PETM (Paleocēna–Eocēna termiskais maksimums)
PETM (~56 milj. g. atpakaļ) – īslaicīgs straujš sasilšanas periods, kas, visticamāk, izraisīja migrācijas un evolūcijas pārmaiņas zīdītājiem. Daudzas līnijas, šķiet, parādās Ziemeļu puslodes fosiliju ierakstos, atnākot no dienvidiem. Zīdītāju plastiskums – ko pastiprināja endotermija – ļāva labāk pielāgoties šādiem klimata ekstrēmiem, ko, iespējams, citas grupas nevarētu izturēt.
6. Pielāgošanās jaunumi un atbrīvotās nišas
6.1 Ķermeņa izmēra lēciens
Viena no spilgtākajām pēckrīdas zīdītāju īpašībām bija ātra ķermeņa izmēra maiņa. Līdz vidējam eocēnam daži zālēdāji (piemēram, brontoteriji vai lieli perisodaktili) bija līdzvērtīgi mazākiem dinozauriem izmēros. "Cope likums" (Cope’s Rule) fenomens, ka evolūcija tiecas palielināt vidējo izmēru, daļēji izskaidro, kā, dinozauriem izzūdot, radās brīvas ekoloģiskās nišas lieliem zīdītājiem.
6.2 Sarežģītas sociālās / uzvedības stratēģijas
Zīdītāji attīstīja progresīvu vecāku aprūpi, iespējamas sociālās grupas un dažādas barošanās specializācijas. Endotermija ļāva darboties naktī vai vēsākā vidē. Dažas līnijas (piemēram, grauzēji) lieliski pielāgojās – ātra vairošanās, elastīgas diētas, kas aizvietoja mazo dinozauru vai lielo rāpuļu nišas.
6.3 Ceļš uz gaisu un ūdeni
Kukaiņēdāji (kārta Chiroptera) devās īstā lidojumā – funkcijā, ko agrāk pildīja pterozauri. Tikmēr no sauszemes uz jūru pārgāja jaunas jūras zīdītāju dzimtas (vaļi, sirēnas), aizstājot mezozoja jūras rāpuļu nišas kā lielu okeānu plēsēju / barotāju. Katram laukam – gaisā, uz zemes, jūrā – zīdītāji ieņēma stabilas pozīcijas, vairs netiekot apspiesti dinozauru vai jūras rāpuļu.
7. Galvenās līnijas pēc K–Pg
7.1 Placentāro kārtas
Mūsdienu placentāro zīdītāju kārtas (primāti, plēsēji, kanopīnieki, grauzēji utt.) cēlušās no paleocēna–eocēna paplašināšanās. Filogenomiskie pētījumi rāda, ka galvenās atzari atdalījās tieši vai pēc K–Pg robežas, lai gan par precīzu datumu notiek diskusijas. Dažas līnijas varbūt sāka atšķirties vēl vēlā krīdā, bet tikai patiesi izklīda pēc izmiršanas [3], [4].
7.2 Sterblīgie
Sterblīgie agrajā cenozojā plauka īpaši Dienvidamerikā un Austrālijā – šajos izolētajos kontinentos. To izplatība Ziemeļamerikā vēsturiski bija ierobežota līdz vēlākām migrācijām. K–Pg notikums, iespējams, bija "slimības" izlīdzinošais faktors, kas īslaicīgi ļāva sterblīgajiem izplatīties, pirms placentārie pārsvarā uzvarēja daudzās teritorijās.
7.3 Multituberkuliātu saulriets
Multituberkuliāti – veiksmīgi "grauzēju" mezozoja laikmeta zīdītāji – izdzīvoja līdz paleocēnam, bet pakāpeniski izzuda, tos aizstāja īstie grauzēji (parādījās eocēnā) un citi attīstītie placentārie. Tas liecina, ka daļa mezozoja izdzīvojušo grupu galu galā atdeva vietu jaunām kladēm, kas radās pēc konkurences uzvaras.
8. Fosiliju dati un avoti
8.1 Svarīgas paleocēna atradnes
Tādi reģioni kā Williston baseins, San Chuano baseins un Parīzes baseins satur daudz paleocēna zīdītāju fosiliju. Katrs atradums atklāj ekosistēmu atjaunošanos pēc K–Pg krīzes, ar pārejas formām, kas savieno mezozoja paliekas un modernākas grupas. Sīkas galvaskausu un zobu iezīmes rāda, kā diēta ātri sadalījās – daži pielāgojās cietai augu barībai, citi – gaļēdībai vai visēdībai.
8.2 Eocēna "Lagerstätten"
Messel (Vācija), Green River (Vajominga, ASV) un Fayum (Ēģipte) ir eocēna perioda atradnes, kas saglabājušas izcilā stāvoklī zīdītāju fosilijas (reizēm arī kažoka, kuņģa satura atliekas). Tās liecina par agrīno zirgu, primātu, sikspārņu, vaļu pārejas formu un to bagāto ekosistēmu piemēriem.
8.3 Molekulārā filogenētika
Bez fosilijām molekulārie pulksteņi, balstīti uz mūsdienu zīdītāju DNS, palīdz noteikt atzarojuma datumus. Lai gan fosiliju un molekulāro pētījumu laika skalas dažkārt nesakrīt, abas rāda, ka liela zīdītāju daudzveidības viļņa notika pēc K–Pg robežas, kad šīs līnijas "atbrīvoja" kreidas pasaules ierobežojumu beigas.
9. Kāpēc zīdītāji uzplauka?
9.1 Ekoloģiskie un bioloģiskie faktori
- Maza, visēdāja vai kukaiņēdāja eksistence: labāk izdzīvoja K–Pg katastrofu nekā lieli specializētie.
- Endotermija un kažoks: ļāva regulēt siltumu pat "kodolziemas" apstākļos.
- Vairošanās stratēģijas: ilgāka vecāku aprūpe, laktācija, iespējams, ātrāka paaudžu maiņa, labvēlīga adaptācijai.
Šīs īpašības deva zīdītājiem priekšrocības pēc K–Pg, ļaujot ātri aizņemt brīvās nišas, kad pasaule stabilizējās.
9.2 Morfoloģiskā plastiskums
Zīdītāji izceļas ar elastīgām ķermeņa formām: stāva stāja, zobu sistēma, kas sastāv no dažādu veidu zobiem (dzerokļi, ilņi, priekšzobi), un pielāgotas ekstremitāšu formas. Bez dinozauriem kā lieliem zālēdājiem/plēsējiem viņi varēja brīvi paplašināties jaunās morfoloģiskās robežās – no lieliem zālēdājiem līdz augstākajiem plēsējiem, kāpējiem, lidojošiem vai ūdens speciālistiem.
10. Nozīme Zemes dzīvības vēsturē
10.1 Pamats mūsdienu faunām
Spēcīga zīdītāju uzplaukuma Paleogēnā nodrošināja pamatu mūsdienu sauszemes ekosistēmām – Primāti galu galā radīja pērtiķus un cilvēkus, Plēsēji – kaķus un suņus, Artiodaktili – liellopus un briežus utt. Jūras zīdītāji aizvietoja mezozoja jūras rāpuļu nišas, attīstījās vaļi, roņi u.c. Būtībā dinozauru izzušana noteica mums pazīstamo zīdītāju pārvaldīto pasauli.
10.2 Pēciestā likumsakarības
Novērojot, kā zīdītāji izauga pēc K–Pg, mēs saprotam kopējo modeli, kad dzīvība atjaunojas pēc masu izzušanām. Pārpalikušie oportunisti attīstās dažādos morfoloģiskos "eksperimentus". Pēc miljoniem gadu šīs līnijas veido jaunas stabilas ekosistēmas. Ja ne tas kosmiskais trieciens, lielie dinozauri varbūt joprojām valdītu, mūžīgi ierobežojot zīdītāju attīstību.
10.3 Mācības mūsdienu bioloģiskajai daudzveidībai
Zemes klimata un ekosistēmu maiņa cilvēka darbības priekšā, K–Pg izzušana uzsver, cik svarīgi ir strauji satricinājumi, klimata stresi un noteiktu grupu pielāgošanās iespējas. Zīdītāji iekārtojās jaunajā vidē tikai tad, kad izzušana izslēdza lielos konkurentus. Pašreizējā ekoloģiskā krīze arī var "dot iespēju" negaidītiem uzvarētājiem (invazīvām vai visēdājām sugām), izzušanas vietā specializētām. Pētot pēciestā atveseļošanos, mēs saprotam, cik ātri var pārkārtoties bioloģiskā daudzveidība – un cik negaidīti var būt sekas.
Secinājums
Zīdītāju uzplaukums pēc K–Pg izzušanas ir viens no svarīgākajiem pārveidojumiem Zemes vēsturē. Zīdītāji, ilgi dzīvojuši dinozauru ēnā, izmantoja iespēju izplatīties brīvajās nišās un salīdzinoši īsā laikā attīstīja formas, aptverot izmēru spektru no vāveres lieluma līdz milžiem, kas līdzinās degunradžiem. Vēlākos periodos tie vēl vairāk diferencējās primātos, plēsīgos, nagaiņos, sikspārņos, jūras vaļos utt., radot mūsdienu zīdītāju pasauli.
Lai gan dinozauri paliek par ikoniskām pirmsvēstures simboliem, to iznīcība radīja iespējas mūsu – zīdītāju – panākumiem, izgaismojot paradoksu: ka traģiska izzušana var stimulēt jaunu inovāciju vilni. Caur fosiliju ierakstu, morfoloģiskām pārmaiņām un molekulārajiem datiem paleontologi atklāj dinamisku stāstu par to, kā mazie, bieži nakts mezozoja zīdītāji kļuva par jaunā kenozoja pasaules veidotājiem – rādot, kā lielas satricinājumi var pārkārtot evolūcijas ainavu, atverot durvis negaidītām uzvarām.
Nuorodos ir tolesnis skaitymas
- Alroy, J. (1999). “Ziemeļamerikas zīdītāju fosiliju ieraksts: pierādījumi par paleocēna evolūcijas radiāciju.” Systematic Biology, 48, 107–118.
- Rose, K. D. (2006). Mammālu laikmeta sākums. Johns Hopkins University Press.
- O’Leary, M. A., et al. (2013). “Placentālo zīdītāju senčs un post-K–Pg placentālo zīdītāju radiācija.” Science, 339, 662–667.
- Becks, R. M. D., & Lee, M. S. Y. (2014). “Seno datējumi vai paātrinātas likmes? Morfoloģiskie pulksteņi un placentālo zīdītāju senatne.” Proceedings of the Royal Society B, 281, 20141278.