В современных экосистемах исчезновение хищника может вызвать драматические изменения в популяциях видов, служащих ему добычей. Ученые обнаружили аналогичную динамику и в хронике окаменелостей: массовое вымирание, опустошившее океаны 360 млн. лет назад.
По материалам заседаний Национальной Академии Наук можно сделать заключение: "То, что было плохо для рыбы - было хорошим для рыбьей пищи". Исследователи университета Чикаго, университета Западной Виржинии и университета Огайо выяснили, что массовое вымирание, называемое "событием Хангенберга", привело к природному эксперименту, результаты которого, судя по окаменелостям, в точности соответствуют современным представлениям о взаимоотношениях "хищник-жертва".
"Впервые мы наблюдаем в палеонтологической хронике специфические, долговременные взаимоотношения хищников и жертв, - сказала Лорен Саллан, выпускница отделения организменной биологии и анатомии университета Чикаго и ведущий автор. - Это многое говорит нам о восстановлении экосистем после массовых вымираний, особенно тех, что были вызваны исчезновением хищников."
Палеонтологи называют девонский период Эпохой Рыб - ведь это действительно было время расцвета и преобладания морских позвоночных. Этот развивающийся мир был разрушен "событием Хангенберга", массовым вымиранием, изменившим все тенденции эволюции. Причина его остается неясной.
Некоторые виды пережили все ужасы хангенберговского события. В последующие 15 млн. лет среди окаменелостей преобладали криноидеи - организмы, сходные с современными морскими лилиями и родственные морским звездам. Эти животные были настолько многочисленны, что этот период назвали Эрой Криноидей; все известняковые отложения этого периода образованы окаменелостями криноидей.
"Почему криноидеи стали такими многочисленными и разнообразными? Это было для нас загадкой на протяжении многих лет, - говорит соавтор исследования Томас Кэммер, профессор геологии из университета Западной Виржинии. - Это могла вызвать только очень существенная причина эволюционного или экологического характера".
Исследователи решили, что "криноидный взрыв" объясняется неким изменением окружающей среды: например, изменением температуры воды - объясняет Кэммер. Также предполагаются изменения в пищевых цепочках - но это трудно доказать, изучая окаменелости.
"У вас нет доказательств на этот счет: например, часто встречающихся окаменевших рыб с криноидеями во ртах!" - заявляет Кэммер. Загадка была решена благодаря сотрудничеству и обмену данными между многими учреждениями. Информацию о разнообразии криноидей предоставили Кэммер и Вильям Осич, соавтор и профессор геологии из университета Огайо. Данные о позвоночных предоставлены Саллан.
Когда эти базы данных были сопоставлены и проанализированы, выяснилась четкая корреляция: популяции рыб процветали на протяжении всего девона, но криноидеи оставались малочисленными и неразнообразными, несмотря на самые благоприятные условия. Но после того, как "событие Хангенберга" уничтожил многие виды рыб, численность криноидей начала резко расти, образовывались новые формы и виды. Это дает основания подозревать, что отголоски массовых вымираний могут прослеживаться в экосистемах на протяжении миллионов лет.
"Это исследование демонстрирует чистый пример экологических процессов, накладывающих отпечаток на эволюционный процесс. - говорит Осич. - Это значит, что современные экологические процессы и ситуации могут привести к долговременным эволюционным эффектам. И хотя, на первый взгляд, эта идея не является неожиданной, солидные эволюционные биологи долго спорили о том, возможно ли такое."
В конце концов золотой век криноидей закончился. Популяции рыб вернулись в прежнее состояние, популяции криноидей сократились - еще одно доказательство типичной динамики "хищник-жертва", описанной в современной экологии как "циклы Лотка-Вольтерра".
Можно даже предположить, что долгий период доминирования сделал криноидей более уязвимыми для новых хищнических стратегий. Во время девонского периода криноидеи развили крепкие раковины, защищающие от рыб с острыми режущими зубами. Но когда через 15 млн. лет рыбьи популяции восстановились, новые виды имели давящие зубы, легко дробящие экзоскелеты криноидей.
Длительное персистирование узкоспециализированных адаптаций, становящееся постоянным, можно назвать "унаследованной адаптацией". При отсутствии "гонки вооружений" между хищниками и жертвами виды с "унаследованными" и "застрявшими" механизмами защиты могут стать устаревшими, полагает Саллан.
"Это было полное отсутствие давления со стороны хищников, и криноидеи стали "изнеженными", хотя и сохранили свои старые защитные образования, не успев избавиться от них. - говорит Саллан. - Когда появились новые формы хищников, они смогли найти лучший способ поедания криноидей - раздавливание. Панцири девонских криноидей не представляли существенной защиты от такого нападения, но они вынуждены были сохранить их, чтобы не лишиться своей единственной защиты."
Реконструкция Роберта Николса небольшой морской экосистемы в начале каменноугольного периода (359-318 млн.лет назад). Криноидеи: Dizygocrinus (в пасти рыбы, внизу от центра слева), колючий Dorycrinus (внизу от центра справа, под хвостом рыбы), на переднем плане Decadocrinus (внизу слева) и Abrotocrinus (внизу справа). Рыбы: кохлиодонт Deltoptychius (внизу от центра), петалодонт Janassa (почти в центре, чуть слева), хондренхелис Chondrenchelys (крайняя слева) и актиноптеригии Amphicentrum (сверху).
