От вымирания динозавров до новых открывшихся ниш: от маленьких существ, напоминающих креодонтов, до крупных млекопитающих
Новая эра после динозавров
За 66 миллионов лет до настоящего времени массовое вымирание K–Pg уничтожило не-птиц динозавров, а также морских рептилий, таких как мозазавры, и многие другие группы. Хотя вымирание крупных наземных позвоночных было катастрофой для мезозойских экосистем, оно освободило экологическую «нишу», которую до этого долгое время подавляли млекопитающие — и они смогли быстро её занять. В последующий палеоцен, эоцен и позже эти маленькие, изолированные животные эволюционировали в множество форм: от гигантских травоядных (копытных) до верховных хищников (кредонов, а позже настоящих хищников), до морских китов и летающих летучих мышей. Современные млекопитающие — это наследие этого уникального послекрейдового расцвета, иллюстрирующее успех, основанный на адаптации и инновациях.
2. Корни мезозойских млекопитающих
2.1 Ранние млекопитающие: мелкие и часто ночные
Млекопитающие возникли примерно одновременно или немного раньше динозавров в позднем триасе (~более 225 млн лет назад). Их предками были синапсиды (иногда называемые «млекопитающими рептилиями»), а ранние настоящие млекопитающие были небольшими, с продвинутой структурой челюсти и костей уха, шерстью для сохранения тепла и лактацией. Например:
- Morganucodon (~205–210 млн лет): Базовый mammaliaform, мелкий насекомоядный.
- Мультибикернаты: Очень успешная группа мезозойской эпохи, часто сравниваемая с грызунами по экологическим нишам.
Такие животные сосуществовали с динозаврами более 100 млн лет, занимая в основном менее значимые ночные или насекомоядные ниши, вероятно, избегая прямой конкуренции с крупными дневными рептилиями.
2.2 Ограничения мезозоя
Большие размеры тела и более широкие дневные активности были сильно ограничены господством динозавров. Многие млекопитающие оставались небольшими (от землеройки до размера кошки). Это подтверждают находки ископаемых, которые крайне редко показывают крупных мезозойских млекопитающих. Есть исключения (Repenomamus – млекопитающее мелового периода, питающееся детенышами динозавров), но они редки.
3. Вымирание K–Pg: открывается новая возможность
3.1 Катастрофические события
За 66 млн лет до настоящего времени удар астероида Чиксулуб и, возможно, усиленные извержения Деканских траппов в Индии вызвали планетарные потрясения: «зиму удара», глобальные пожары, кислотные дожди и др. Не-птичьи динозавры, птерозавры, крупные морские рептилии и многие группы беспозвоночных вымерли. Меньшие, более гибкие организмы – птицы, мелкие рептилии, амфибии и млекопитающие – имели большие шансы на выживание после катастрофы. Сначала мир испытывал дефицит ресурсов, поэтому адаптация стала ключевой.
3.2 Выжившие млекопитающие
Выжившие млекопитающие, вероятно, обладали следующими чертами:
- Маленькое тело: Меньшие абсолютные потребности в пище.
- Гибкое питание: насекомоядные или всеядные могли использовать временные ресурсы.
- Безопасные привычки прятаться: создание пещер или гнёзд защищало от крайностей окружающей среды.
После того как самый серьёзный климатический стресс ослаб, для этих выживших линий открылся мир без крупных конкурентов – идеальные условия для быстрой радиации.
4. Ранний палеоцен: радиация млекопитающих
4.1 «Взрыв» палеоцена
Палеоцен (66–56 млн лет назад) характеризовался резким скачком в размере, разнообразии и численности млекопитающих:
- Мультитуберкулаты продолжали процветать как грызунам подобные травоядные/всеядные.
- Новые линии плацентарных и хвостатых млекопитающих расширялись, включая специализированных плодоядных, хищников, насекомоядных.
- Кондилартры (архаичные копытные) появились, позже эволюционировав в современных копытных.
- Цимолесты или «палеоценовые хищники» заняли ниши мелких хищников.
Без динозавров млекопитающие заняли свободные ниши: средних и крупных травоядных, хищников, лазающих и летающих форм. Местонахождения ископаемых, такие как бассейн Бигорно в Северной Америке, показывают множество остатков ранних палеоценовых млекопитающих, отражающих переходные экосистемы, восстанавливающиеся после вымирания [1], [2].
4.2 Климат и растительность
Тёплый климат палеоцена с возобновляющимися лесами на месте разрушенной мезозойской растительности обеспечил множество источников пищи. Покрытосеменные (цветковые растения), распространившиеся ещё в позднем меловом периоде, предоставляли плоды и семена для новых диет млекопитающих. Тем временем насекомые также восстановились, поддерживая расцвет насекомоядных. Так формировались всё более сложные сообщества млекопитающих.
5. Эоцен и дальнейшее разнообразие
5.1 «Вторая» фаза эволюции млекопитающих
Эоцен (~56–34 млн лет назад) период, когда млекопитающие стали ещё более специализированными:
- Копытные (унгуляты): разделились на парнокопытных (артиодактили) и непарнокопытных (перисодактили).
- Приматы продолжали развиваться с приспособлениями к жизни на деревьях (адапиформы, омомии).
- Ранние хищные млекопитающие (миациды) и другие хищные линии начали вытеснять или подавлять более старые палеоценовые хищные группы (например, креадонов).
Во многих линиях размер тела увеличивался. Некоторые предки китов (пакицетиды) в начале эоцена перешли с суши в воду, в конечном итоге превратившись в полностью морских китообразных. Экологические ниши становились всё более сложными, напоминая многие современные группы млекопитающих.
5.2 PETM (Палеоцен–эоценовый термический максимум)
PETM (~56 млн лет назад) – это кратковременное резкое потепление, вероятно вызвавшее миграции и эволюционные изменения у млекопитающих. Многие линии, по-видимому, появляются в записях ископаемых Северного полушария, прибыв из южных регионов. Пластичность млекопитающих – усиленная эндотермией – позволила им лучше адаптироваться к таким климатическим крайностям, которые, возможно, были бы непереносимы для других групп.
6. Нововведения адаптации и освобожденные ниши
6.1 Прыжок в размере тела
Одной из ярких послекрейдовых черт млекопитающих было быстрое изменение размера тела. К среднему эоцену некоторые травоядные (например, брантотерии или крупные перисодактили) достигали размеров меньших динозавров. Явление «правила Коупа» (Cope’s Rule), согласно которому эволюция склонна увеличивать средний размер, частично объясняет, как с исчезновением динозавров появились свободные экологические ниши для крупных млекопитающих.
6.2 Сложные социальные/поведенческие стратегии
Млекопитающие развили продвинутый уход за потомством, возможные социальные группы и разнообразные пищевые специализации. Эндотермия позволила действовать ночью или в более холодных условиях. Некоторые линии (например, грызуны) отлично адаптировались – быстрым размножением, пластичными диетами, заменившими ниши мелких динозавров или крупных рептилий.
6.3 Выход в воздух и воду
Летучие мыши (отряд Chiroptera) взяли на себя настоящие полёты – функцию, которую ранее выполняли птерозавры. Тем временем новые роды морских млекопитающих (киты, сирены) перешли от суши к морю, заменив мезозойские ниши морских рептилий как крупных океанских хищников/потребителей. В каждой среде – в воздухе, на земле, в море – млекопитающие заняли прочные позиции, больше не подавляемые динозаврами или морскими рептилиями.
7. Основные линии после K–Pg
7.1 Отряды плацентарных
Современные отряды плацентарных млекопитающих (приматы, хищники, копытные, грызуны и т. д.) происходят от расширений палеоцена–эоцена. Филогеномные исследования показывают, что основные ветви отделились около или после границы K–Pg, хотя точная дата обсуждается. Некоторые линии, возможно, начали расходиться еще в позднем меловом периоде, но действительно разделились после вымирания [3], [4].
7.2 Парнокопытные
Парнокопытные в раннем кайнозое процветали особенно в Южной Америке и Австралии – на этих изолированных континентах. Их распространение в Северной Америке исторически было ограничено до более поздних миграций. Событие K–Pg, возможно, было «болезненным» выравнивающим фактором, временно позволившим парнокопытным расширяться, прежде чем плацентарные в большинстве территорий одержали верх.
7.3 Закат мультибрукелиатов
Мультибрукелиаты – успешные «грызуноподобные» млекопитающие мезозоя – выжили до палеоцена, но постепенно вымерли, уступив место настоящим грызунам (появившимся в эоцене) и другим развитым плацентарным. Это показывает, что часть групп, сохранившихся с мезозоя, в конечном итоге уступила место новым кладами, возникшим после победы в конкуренции.
8. Данные и источники окаменелостей
8.1 Важные палеоценовые местонахождения
Такие регионы, как бассейн Уиллистон, бассейн Сан-Хуан и Парижский бассейн, содержат множество окаменелостей млекопитающих палеоцена. Каждая находка раскрывает восстановление экосистем после кризиса K–Pg с промежуточными формами, связывающими мезозойские остатки и более современные отряды. Мелкие черты черепов и зубов показывают, как быстро разделилась диета – одни приспособились к твердой растительности, другие – к хищничеству или всеядности.
8.2 Эоценовые «Лагерштетты»
Мессель (Германия), Грин-Ривер (Вайоминг, США) и Фаюм (Египет) – местонахождения эоценового периода, сохранившие окаменелости млекопитающих в исключительном состоянии (иногда с остатками шерсти, содержимого желудка). Они свидетельствуют о примерах ранних лошадей, приматов, летучих мышей, переходных форм китов и их пышных экосистем.
8.3 Молекулярная филогенетика
Помимо окаменелостей, молекулярные часы, основанные на ДНК современных млекопитающих, помогают определить даты расхождения. Хотя временные шкалы окаменелостей и молекулярных исследований иногда не совпадают, обе показывают, что большая волна разнообразия млекопитающих произошла после границы K–Pg, когда эти линии «освободились» от ограничений мелового мира.
9. Почему млекопитающие поднялись?
9.1 Экологические и биологические факторы
- Маленькое, всеядное или насекомоядное существование: лучше пережили катаклизм K–Pg, чем крупные специализированные.
- Эндотермия и шерсть: позволили регулировать тепло даже при «ядерной зиме».
- Стратегии размножения: более длительная родительская забота, лактация, возможно, более быстрая смена поколений, благоприятная для адаптации.
Эти черты дали млекопитающим преимущества после K–Pg, позволив быстро занять свободные ниши, когда мир стабилизировался.
9.2 Морфологическая пластичность
Млекопитающие характеризуются гибкими формами тела: вертикальная осанка, зубная система, состоящая из различных типов зубов (коренные, клыки, резцы), а также адаптированные типы конечностей. Без динозавров как крупных травоядных / хищников они могли беспрепятственно расширяться в новые морфологические пределы – от крупных травоядных до верховных хищников, лазающих летучих мышей или водных специалистов.
10. Значение для истории жизни на Земле
10.1 Основа современных фаун
Восхождение млекопитающих в палеогене заложило основу современных наземных экосистем – Приматы в конечном итоге породили обезьян и людей, Хищники – кошек и собак, Парнокопытные – крупный рогатый скот и оленей и т. д. Морские млекопитающие заняли ниши мезозойских морских рептилий, развились киты, тюлени и др. По сути, конец динозавров привел к миру, управляемому млекопитающими, который нам знаком.
10.2 Закономерности пост-вымирания
Наблюдая, как млекопитающие выросли после K–Pg, мы понимаем общую модель, когда жизнь восстанавливается после массовых вымираний. Выжившие оппортунисты эволюционируют в различные морфологические «эксперименты». Через миллионы лет эти линии формируют новые стабильные экосистемы. Если бы не это космическое столкновение, крупные динозавры, возможно, всё ещё господствовали бы, навсегда ограничивая развитие млекопитающих.
10.3 Уроки для современной биологической разнообразия
По мере изменения климата Земли и экосистем под воздействием человеческой деятельности, вымирание K–Pg подчёркивает важность резких потрясений, климатических стрессов и адаптационных возможностей определённых групп. Млекопитающие прижились в новой среде только после того, как вымирание устранило крупных конкурентов. Современный экологический кризис также может «дать шанс» неожиданным победителям (инвазивным или всеядным видам), вытесняя специализированных. Изучая поствымирание, мы понимаем, как быстро может перестраиваться биоразнообразие — и насколько неожиданными могут быть последствия.
Вывод
Возвышение млекопитающих после вымирания K–Pg является одним из важнейших переломов в истории Земли. Млекопитающие, долгое время находившиеся в тени динозавров, воспользовались возможностью занять свободные экологические ниши и за относительно короткое время развили формы, охватывающие размерный диапазон от размера землеройки до гигантов, сравнимых с носорогами. В последующие периоды они ещё больше дифференцировались на приматов, хищников, копытных, летучих мышей, морских китов и т. д., формируя современный мир млекопитающих.
Хотя динозавры остаются иконическими символами доисторической эпохи, их гибель создала условия для нашего — млекопитающих — успеха, выявляя парадокс: трагическое вымирание может стимулировать новую волну инноваций. Через ископаемые записи, морфологические изменения и молекулярные данные палеонтологи раскрывают динамичную историю того, как крошечные, часто ночные мезозойские млекопитающие стали создателями нового кайнозойского мира — показывая, как крупные потрясения могут перестроить эволюционный ландшафт, открывая двери неожиданным победам.
Nuorodos ir tolesnis skaitymas
- Alroy, J. (1999). «Фоссильные данные по млекопитающим Северной Америки: доказательства палеоценовой эволюционной радиации.» Systematic Biology, 48, 107–118.
- Rose, K. D. (2006). Начало эры млекопитающих. Johns Hopkins University Press.
- O’Leary, M. A., et al. (2013). «Предок плацентарных млекопитающих и пост-K–Pg радиация плацентарных.» Science, 339, 662–667.
- Beck, R. M. D., & Lee, M. S. Y. (2014). «Древние даты или ускоренные темпы? Морфологические часы и древность плацентарных млекопитающих.» Proceedings of the Royal Society B, 281, 20141278.