Злет ссавців: як наші предки пережили апокаліпсис 🦤 Вимерлий світ

Вимерлий світ | Злет ссавців: як наші предки вижили в умовах апокаліпсису

Коли 66 мільйонів років тому астероїд врізався в Землю, він знищив найбільш лютих і сильних істот на Землі — динозаврів. Тож як саме наші крихітні, скритні предки змогли вижити після апокаліпсису?

У тріасовому періоді, близько 225 мільйонів років тому, два види тварин пішли різними шляхами. Вони обидва народилися на суперконтиненті Пангея, єдиній сухопутній плиті, що простяглася від Північного полюса до Південного. Їхні долі складалися по-різному, але назавжди переплелися. Одній групі судилася велич, і незабаром їх тіла розміром з авіалайнер загуркотали по всій землі. Динозаври. Інша група була відкинута в тінь, щоб дочекатися свого часу. Ссавці. Ми, наші далекі предки.

Перенесемося на 160 мільйонів років вперед, через юрський період і до кінця крейдяного періоду. Температура зростала і падала, рівень моря піднімався і опускався, суперконтинент перетворився на численні континенти сучасності. Весь цей час динозаври і ссавці жили поряд, але йшли своїми шляхами.

Жоден ссавець так і не став більшим за борсука, оскільки їх стримували динозаври. І навпаки, розумні та пухнасті маленькі ссавці не давали динозаврам зайняти дрібнотілі ніші, тому ніколи не було мініатюрних тиранозаврів або трицератопсів (Triceratops). Подібно до кораблів, що розходяться вночі, динозаври і ссавці диверсифікувалися, претендуючи на окремі царства як на свої власні. Динозаври правили лісами і рівнинами вдень, ссавці — чагарниками і під землею в темряві. Серед них були бігаючі, лазячі, риючі, плаваючі та літаючі. Саме у цих тварин з’явилися класичні ознаки ссавців: волосяний покрив, теплокровний обмін речовин, складний зубний ряд (ікла, різці, премоляри, корінні зуби), здатність вигодовувати своїх малят молоком.

Ці перші ссавці розрослися в пишне родовідне дерево. Існували десятки підродин, що відрізнялися різними типами зубів, раціоном харчування і стилем розмноження. Одна з таких груп, багатогорбкуваті (Multituberculata), процвітала в крейдяному підпіллі, використовуючи свої пилкоподібні премоляри та гризучі різці для поглинання нового типу їжі: фруктів та квітів. Десятки їхніх скам’янілостей були знайдені під час польсько-монгольських експедицій в пустелю Гобі в 1963-1971 роках, однієї з перших великих польових палеонтологічних робіт під керівництвом жінок, яку очолювала покійна польська палеобіолог Зофія Келан-Яворовська (Zofia Kielan-Jaworowska).

Тим часом, поки багатогорбкуваті процвітали, три інші групи непомітно відгалузилися від них. Ці першопрохідці дали початок трьом лініям ссавців, які існують і сьогодні: однопрохідні, що відкладають яйця; сумчасті, які народжують слабких дитинчат, що розвиваються далі в сумці; і плацентарні, такі як Ectoconus і ми, які народжують сформованих дитинчат.

Молекулярний годинник — метод, який використовує відмінності ДНК між сучасними видами і зворотні розрахунки, щоб оцінити, коли вони розійшлися — передбачає, що деякі лінії плацентарних, включаючи приматів, жили поряд з динозаврами. Хоча палеонтологи відчайдушно намагаються знайти скам’янілості таких ранніх плацентарних ліній, їх ще не знайдено.

Аж раптом в одну мить все змінилося. Шістдесят шість мільйонів років тому раптова катастрофа перекроїла світ і за лічені дні, місяці і роки перевернула еволюційний статус-кво, який зберігався понад 100 000 тисячоліть. Динозаври, за винятком кількох особливих видів з крилами і пір’ям, котрі стали сучасними птахами, не змогли впоратися і вимерли. Багато ссавців теж відчули смак смерті, але декому вдалося вистояти. З цих сміливців, що вижили, розквітне наступна велика династія в історії Землі.

Динозаври вимирають, ссавці виживають

Без жодного натяку на гіперболізацію, те, що сталося 66 мільйонів років тому, було, мабуть, найгіршим днем в історії нашої планети.

Коли стада трицератопсів прокинулися і почали снідати папороттю, вони й гадки не мали, що астероїд розміром з Еверест знаходиться на курсі зіткнення із Землею. Він пронісся крізь небеса швидше, ніж куля, і врізався в місце, де зараз знаходиться півострів Юкатан в Мексиці, вибухнувши з силою понад мільярд ядерних бомб, пробивши діру в земній корі глибиною понад 16 кілометрів та понад 160 кілометрів завширшки.

Землетруси спустошили землю, цунамі порізали узбережжя, атмосфера перетворилася на піч, ліси самозаймалися, гранули розплавленої породи сипалися з неба. Сажа і кіптява забивали атмосферу, зануривши світ у темряву на довгі роки. Рослини не могли фотосинтезувати, ліси руйнувалися, травоїдні тварини гинули, а за ними і хижаки. Потім, як остаточна наруга, вуглекислий газ, що вивільнився від удару, перегрівав Землю протягом тисячоліть.

Наслідки цих негайних, середньострокових і довгострокових катастроф були нічим іншим, як апокаліпсисом. Екосистеми руйнувалися, як карткові будиночки. Це був кінець епохи динозаврів. Загинули три з кожних чотирьох видів, що робить цю катастрофу кінця крейдяного періоду одним з п’яти найбільших масових вимирань в історії Землі. Найвідомішими жертвами стали динозаври: загинули всі довгошиї, рогаті, качкодзьобі, купологолові та гострозубі, і лише жменька птахів продовжила спадщину динозаврів до наших днів. Такі монстри, як Tyrannosaurus rex, більше ніколи не будуть полювати на Землі. Також зникли птерозаври (літаючі рептилії) і численні рептилії, такі як плезіозаври і мозазаври, котрими кишіли океани.

А як щодо ссавців? У більшості розповідей про вимирання наприкінці крейдяного періоду вони проголошуються великими вижавальниками, переможцями, які відібрали корону у динозаврів. У певному сенсі це правда — ссавці вистояли, інакше нас би тут не було. Але нові дослідження показують, що це був смертельний виклик, і їхня доля залежала від того, що сталося в дні, десятиліття і тисячоліття після падіння астероїда. Для ссавців астероїд став одночасно і моментом найбільшої небезпеки, і великим проривом.

Найкращі відомості про тих ссавців, які зіткнулися з астероїдом та його наслідками, походять з північних Великих рівнин США. Майже півстоліття Вільям Клеменс (William Clemens) з Каліфорнійського університету в Берклі, який помер у 2020 році, досліджував зарослі шавлією ранчо північно-східної Монтани. Ці скелі утворені річками, які стікали з прадавніх Скелястих гір і протікали через ліси, протягом тримільйонного періоду, що охоплює кінець крейди, падіння астероїда і світанок палеоцену. Десятки тисяч скам’янілостей з цих шарів вивчені колишнім студентом Клеменса, а нині палеонтологом Вашингтонського університету Грегорі Вілсоном Мантіллою (Gregory Wilson Mantilla), показують, хто вижив, а хто вимер і чому.

Можливо, це звучить дивно, але ссавці добре почувалися в кінці крейди. Щонайменше 30 видів мешкали тоді в Монтані, виконуючи багато екологічних ролей в основі харчового ланцюга, в якому домінували динозаври, в тому числі дробителі кісток, квіткоїди, комахоїдні та всеїдні тварини. Переважна більшість цих істот були нижчими звірами (Metatheria, ранніми представниками ряду сумчастих) або багатогорбкуватими. Ранні двоюрідні брати плацентарних, так звані вищі звірі (Eutheria), були присутні, хоча і рідко. Ця ситуація була стабільною протягом останніх двох мільйонів років крейди. Не було ніяких ознак серйозних проблем.

Потім все змінюється. Дивлячись на осадові породи, які утворилися 66 мільйонів років тому, ми бачимо, що з’являється тонка лінія, насичена іридієм — елементом, який рідко зустрічається на поверхні Землі, але поширений у космічному просторі. Це хімічний відбиток астероїда. Динозаври, включаючи тиранозавра і трицератопса, раптово зникають. Крейда поступилася місцем палеоцену.

Найбільш рання палеоценова картина є страхітливою. У Монтані є скам’яніла місцевість, датована приблизно 25 000 роками після падіння астероїда, яка називається Z-Line Quarry. Там смердить смертю. Майже всі ссавці, які процвітали в цьому регіоні в крейдяному періоді, зникли, залишилося лише сім видів. Кілька інших скам’янілостей розкривають те, що відбувалося протягом наступних 100 000 — 200 000 років. Якщо об’єднати всіх ссавців цього часу, то вийде 23 види. Лише один з них — нижчі звірі. Ці сумчасті пращури, колись такі численні в крейдяному періоді, були майже винищені.

Загалом, якщо взяти до уваги всі скам’янілості Монтани, а також інші дані з усього заходу Північної Америки, то статистика буде похмурою. Мізерні 7 відсотків ссавців пережили цю бійню. Уявіть собі гру в астероїдну рулетку: пістолет з 10 камерами, дев’ять з них вміщують кулю. Навіть ці шанси на виживання трохи кращі, ніж ті, з якими зіткнулися наші предки в чудовому новому світі палеоцену.

У зв’язку з цим виникає питання: чому деякі ссавці змогли вистояти тоді, коли динозаври і більшість ссавців не змогли? Якщо порівнювати ссавців з динозаврами, то відповідь здається простою. Більшість динозаврів були великими. Їм потрібно було багато часу, щоб вирости від дитинчати до дорослої особини, і вони мали вузькоспеціалізовану дієту, зосереджену на кількох конкретних видах їжі.

Все це були проблеми, коли світ перетворився на божевілля. Однак ссавці, що вижили, кардинально відрізнялися, як показало дослідження професора Грегорі Вілсона Мантілли (Gregory Wilson Mantilla) і його колег. Ці ссавці були меншими, ніж динозаври та ссавці, що вимерли, тому вони могли легше ховатися, і, можливо, швидше росли і розмножувалися. Вони мали універсальну дієту, тому не були обмежені одним конкретним джерелом їжі, а могли їсти все, що їм пропонували.

Виживання було схоже на гру в покер — частково удача, частково вміння. У динозаврів була жахлива картярська рука — “рука мерця”. У деяких ссавців — теж, особливо постраждали ранні родичі сумчастих (сьогоднішні ссавці, які вигодовують своїх крихітних дитинчат в сумках), які були поширені в крейді, але потім були майже винищені астероїдом.

Інші ссавці, однак, мали набагато сильнішу роздачу карт, і це стало їхнім квитком у нове майбутнє. Переважна більшість цих ссавців були плацентарними: видами, які народжують живе, добре розвинене потомство.

Їх крихітні тіла, гнучкі дієти і, можливо, більш швидкі способи росту і розмноження дозволили їм захопити відкриті ніші і почати будувати нові харчові ланцюги. Приблизно через 100 000 років після удару астероїда в Монтані з’явився і швидко поширився новий вищий звір. Purgatorius, з акуратними корінними зубами пристосованими для поїдання фруктів і дуже рухливими щиколотками для чіпляння і лазіння по деревах, був раннім представником лінії приматів. Він, або, можливо, інший близькоспоріднений вищий звір був нашим предком.

Плацентарне захоплення

На сьогоднішній день плацентарні ссавці є лідерами серед ссавців. Їх налічується понад 6 000 видів, які разом складають близько 95 відсотків усіх ссавців. Для порівняння, сумчастих налічується лише близько 300 видів, і лише п’ять однопрохідних, архаїчних пережитків, таких як качконіс, які все ще розмножуються шляхом відкладання яєць.

Серед сучасних плацентарних — кажани, кити, слони, собаки, коти, мавпи та люди. Наше коріння сягає в той жахливий час після падіння астероїда, коли з хаосу виникали нові екосистеми.

Коли лісові пожежі згасли, Сонце вийшло з хмар сажі і глобальне потепління пішло на спад, багато ссавців, які почали поширюватися в палеоцені (66-56 мільйонів років тому), були плацентарними. Вони не тільки урізноманітнилися, але й стали набагато більшими, оскільки заповнили екологічний вакуум, залишений динозаврами. Через кілька сотень тисяч років після падіння астероїда існували плацентарні розміром зі свиню, а всього через пару мільйонів років деякі з них були вже завбільшки з корову.

Багато з найкращих скам’янілостей цих піонерських плацентарних походять з Нью-Мексико, де доктор Томас Вільямсон (Thomas Williamson) працював протягом десятиліть. За останні 10 років вченим вдалося зібрати велику кількість зубів, щелеп і скелетів тих плацентарних, які жили в перші кілька мільйонів років після падіння астероїда.

Ми знаємо про цих палеоценових плацентарних вже майже 150 років. Їхні скам’янілості були виявлені під час досліджень у 1870-х і 1880-х роках, коли геологи приєдналися до картографів і солдатів, щоб нанести на карту землі, нещодавно захоплені у корінних американців. Один з таких дослідників, Девід Болдуін (David Baldwin), знайшов захоронення ссавців у Кімбето та інших місцях подібного віку, які були затиснуті між старшими скам’янілостями крейдяних динозаврів і молодшими ссавцями епохи еоцену. Еоцен тривав від 56 до 34 мільйонів років тому і ссавців звідси можна вже легко віднести до знайомих груп, таких як коні, мавпи і гризуни.

Однак палеоценових ссавців не так легко класифікувати. Вони явно були набагато більшими, ніж будь-які крейдяні ссавці, і у них були відсутні епіпубіальні кістки в передній частині тазу, що свідчить про те, що вони мали великі плаценти для вигодовування своїх дитинчат в утробі матері. Таким чином, вони, безсумнівно, були плацентарними. Але їхні скелети здавалися своєрідними — кремезними та м’язистими, з поєднанням рис, що спостерігаються в різних групах сучасних ссавців.

Ці тварини — химерні, і протягом більшої частини XX століття їх відкидали як так званих “архаїчних” плацентарних, які не варті того, щоб їх вивчати. Якими були їхні стосунки з сучасними плацентарними, і як вони рухалися, харчувалися і росли? Ці питання спантеличували палеонтологів протягом багатьох поколінь. Відповідь шукає і Томас Вільямсон, куратор Музею природничої історії і науки штату Нью-Мексико. Понад чверть століття він досліджує пустелі, навчаючи своїх синів-близнюків, Райана і Тейлора, та багатьох місцевих студентів з племені навахо, як стати асами-колекціонерами скам’янілостей.

Том і його команда зібрали тисячі скам’янілостей, які змальовують яскраву картину палеоценового життя протягом першого мільйона років після падіння астероїда. Серед реєстру архаїчних плацентарних є такі тварини, як Ectoconus, які об’єднані в туманну групу під назвою кондиляртри (Condylarthra). Представники цієї групи були переважно рослиноїдними або всеїдними тваринами з міцною статурою, багато з них мали копита. Вони ділили травоїдні ніші з пантодонтами (Pantodonta) — бочкоподібними листоїдними тваринами з величезними лапами, які досягали розмірів, порівнянних з сучасними коровами. Інша група, теніодонти (Taeniodonta), були схожими на гаргуйлів землекопами, котрі використовували свої величезні пазуристі передні лапи для розривання ґрунту, а масивні щелепи та збільшені ікла — для викорчовування бульб.

Всі ці ссавці мали б боятися триісодонтів (Triisodontidae), монстрів палеоцену, які виглядали як вовки на стероїдах і розтрощували кістки своєї здобичі нищівними корінними зубами.

Розплутування генеалогічних зв’язків цих тварин є складним завданням, але команда вчених з Единбурзького університету зараз працює над цим.

Перші результати обнадійливі: деякі з цих “архаїчних” плацентарних тварин, таких як теніодонти, можуть бути одними з найпримітивніших плацентарних тварин на родовідному дереві.

Інші, як деякі з кондиляртрів, мають анатомічні особливості з сучасними копитними ссавцями і, ймовірно, є ранніми родичами коней і великої рогатої худоби. А такі палеоценові види, як Purgatorius, схоже, належать до лінії приматів: предків мавп і людиноподібних мавп, а також нас з вами.

Незалежно від їх точного місця на генеалогічному дереві, ці плацентарні розвинули нові риси і поведінку, що дозволило їм адаптуватися до палеоценового світу і започаткувати нову еру ссавців.

Роблячи тонкі зрізи кісток і зубів для вивчення під мікроскопом, доктор Грег Фанстон (Greg Funston) може визначити динаміку розвитку цих ссавців. Результати показують, що деякі з них вигодовували немовлят в утробі матері близько семи місяців — набагато довше, ніж неплацентарні ссавці. Такий тривалий розвиток дозволив провернути хитрий трюк: більші нащадки могли легше виростати у великих дорослих, саме це, ймовірно, і дозволило ссавцям так швидко збільшитись у розмірах після зникнення динозаврів.

Як показує нещодавнє дослідження доктора Сари Шеллі (Sarah Shelley), “архаїчні” плацентарні були здатні до багатьох видів руху, включаючи риття нір, біг риссю та лазіння. Їхні скелети дійсно були кремезними і узагальненими на перший погляд, що було однією з причин, чому їх довго стереотипно вважали архаїчними. Але їх м’язовий каркас був дуже адаптивним і дозволяв здійснювати різні види діяльності. Ці види також могли добувати різноманітні види їжі. Така інтенсивна диверсифікація свідчить про те, що біологи називають адаптивною радіацією. Цей процес відбувається, коли багато нових видів швидко віддаляються від предка, змінюючи аспекти свого зовнішнього вигляду і поведінки, щоб скористатися перевагами нових умов або можливостей.

Палеоценові “архаїчні” плацентарні ссавці так швидко збільшувалися в розмірах, що їхній мозок не встигав за ними. Це шокуюче відкриття проекту доктора Орнелли Бертран (Ornella Bertrand), яка використовувала комп’ютерну томографію (КТ) для сканування викопних черепів. Дослідження показало, що відносний розмір мозку, відношення об’єму мозку до маси тіла, насправді зменшився після падіння астероїда.

Може здатися нелогічним, що ссавці, які пережили вимирання і процвітали після нього, не відрізнялися високим інтелектом. Проте, маючи менший мозок, вони, можливо, могли інвестувати більше ресурсів у розвиток свого тіла, урізноманітнити свій раціон і спосіб пересування.

Зрештою, коли екосистеми стабілізувалися і конкуренція між багатьма новими плацентарними зросла, їхній мозок збільшився. Значна частина росту припадала на неокортекс, вищу область головного мозку, яка бере участь у вищій нервовій діяльності та сенсорних відчуттях. Але цей розквіт мав зачекати до наступного часового інтервалу після палеоцену — еоцену. В цей час архаїчні плацентарні повільно занепадали, а сучасні плацентарні групи, включаючи коней, кажанів і китів, захопили планету.

Плацентарні осучаснюються

Палеоцен був парниковим світом, новомексиканські ссавці існували в джунглях, а крокодили грілися на високоширотному сонці. Потім, близько 56 мільйонів років тому, в теплиці стало ще спекотніше. Магма почала накопичуватися під північними континентами і мігрувати вгору у вигляді плюму. Просочуючись крізь земну кору, вона обпікала гірські породи в глибинах Землі. Подібно до двигуна, що спалює бензин, ця активність вивільнила трильйони тонн вуглекислого газу. Він, в свою чергу, нагрів атмосферу від п’яти до восьми градусів за Цельсієм протягом, щонайбільше, 200 000 років. Ніколи з тих пір Земля не була гарячішою.

Ця раптова подія глобального потепління, що отримала назву Палеоцен-Еоценовий термічний максимум, стала ще однією перепоною, яку довелося подолати ссавцям. Але цього разу, на відміну від падіння астероїда 10 мільйонами років раніше, вимерло дуже мало видів ссавців. Замість цього вони вирушили в дорогу, слідуючи новими високоширотними міграційними коридорами, які відкрилися в міру потепління.

Деякі з мігрантів могли похвалитися новими адаптаціями, зокрема, значно більшим мозком. У них з’явилися й інші нові риси: у приматів (Primates) з’явилися нігті на пальцях рук і ніг, щоб хапатися за гілки, у парнопалих оленеподібних (Artiodactyla) розвинулися щиколотки у формі шківів, що полегшило швидкий біг, а у непарнопалих конеподібних (Perissodactyla) з’явилися великі копита, які зробили їх чемпіонськими скакунами. Ці більш сучасні ссавці розселилися по взаємопов’язаних континентах Північної Америки, Європи та Азії, і їх масова міграція витіснила архаїчних плацентарних. Кондиляртри, теніодонти, пантодонти і триісодонти проіснували б лише трохи довше.

На південь від екватора, де крейдяні та палеоценові скам’янілості ссавців зустрічаються набагато рідше, історія була іншою. І Африка, і Південна Америка були острівними континентами, які в ізоляції виношували своїх власних незвичайних плацентарних: слонів та їхніх родичів в Африці; лінивців та броненосців у Південній Америці. Також на півдні вдалося втриматися двом іншим лініям ссавців. Однопрохідні, такі як качконіс і єхидна, знайшли притулок в Австралії та Новій Гвінеї, де сьогодні залишилося лише п’ять видів. Сумчасті були знищені на північних континентах, але отримали відстрочку, іммігрувавши до Південної Америки, а потім перестрибнувши через Антарктиду до Австралії, де вони диверсифікувалися в кенгуру і коал. (Одна група пізніше повернулася до Північної Америки як іммігранти: опосуми).

Але майбутнє здебільшого належало плацентарним. Невдовзі, коли потепління пішло на спад, одні вже гойдалися на деревах, інші махали крилами, а треті змінили руки на ласти і перетворилися на морських чудовиськ. Так сформувалась сучасна різноманітність світу ссавців.

Джерела

Текст

Зображення

Поширити