Жизнь после Чикшулуба: доказано резкое ускорение эволюции сразу после катастрофы

Массовое вымирание на границе мелового и палеогенового периодов (66 млн лет назад) стало одним из самых разрушительных событий в истории Земли. Падение астероида уничтожило около 76% видов, включая нептичьих динозавров, и разрушило морские экосистемы.

Сколько времени потребовалось планете, чтобы перезапустить механизмы эволюции? Традиционные модели предполагали, что после столь масштабного разрушения биосфера пребывала в стагнации десятки, если не сотни тысяч лет. Считалось, что экосистемы восстанавливались крайне медленно, а новые виды появлялись лишь спустя долгие эпохи геологического времени.

Однако новое исследование, опубликованное группой американских геофизиков и палеонтологов в журнале Geology, полностью меняет эту картину. Используя методы изотопной геохимии, ученые доказали: жизнь не просто выжила, она начала агрессивную экспансию и видообразование практически мгновенно — менее чем через два тысячелетия после удара.

Проблема геологических часов

Чтобы оценить скорость событий далекого прошлого, наука полагается на стратиграфию — изучение последовательности слоев горных пород. В спокойные периоды истории Земли морские осадки (песок, ил, остатки планктона) накапливаются на дне океана с относительно предсказуемой скоростью. Зная толщину слоя и примерную скорость осадконакопления, можно вычислить время, за которое этот слой сформировался.

Однако период непосредственно после падения астероида стандартным расчетам не поддается. Глобальные цунами перемешивали донные отложения, уничтожение морской жизни остановило накопление биогенных карбонатов (раковин планктона), а изменения в атмосфере и океанических течениях сделали процесс седиментации непредсказуемым.

Из-за невозможности точно датировать слои сразу над границей мела и палеогена, ученые использовали приблизительные оценки. Общепринятая модель гласила, что самая первая фаза восстановления жизни — так называемая биозона P0 — длилась около 30 000-40 000 лет. Именно этот временной отрезок отводился на то, чтобы выжившие простейшие организмы начали эволюционировать.

Авторы нового исследования поставили эту цифру под сомнение. Они предположили, что оценки завышены из-за ошибочного допущения о постоянной скорости накопления осадков. Для проверки гипотезы требовался инструмент, не зависящий от земных геологических процессов.

Внеземной маркер времени

Решение было найдено в использовании изотопа гелия-3. Это вещество крайне редко встречается в земной коре, но широко распространено в космосе. Земля, двигаясь по орбите, постоянно проходит через облака межпланетной пыли, которая содержит гелий-3. Важнейшая особенность этого процесса — его постоянство. Поток космической пыли на Землю практически не менялся на протяжении последних 100 миллионов лет.

Это свойство превращает гелий-3 в идеальный независимый хронометр. Принцип метода следующий:

1. Если в образце осадочной породы концентрация гелия-3 высока, это означает, что слой накапливался очень долго (космическая пыль успела скопиться).
2. Если концентрация низкая, значит, слой сформировался быстро — космическая пыль была сильно «разбавлена» большим объемом земного материала.

Исследователи проанализировали образцы пород из шести ключевых точек по всему миру, где сохранилась граница мела и палеогена: от Эль-Кефа в Тунисе и Караваки в Испании до самого кратера Чикшулуб в Мексиканском заливе. Данные по гелию-3 позволили пересчитать реальную скорость накопления осадков для каждого конкретного места.

Выяснилось, что слой, соответствующий биозоне P0, сформировался гораздо быстрее, чем считалось. Вместо 30-40 тысяч лет, его средняя продолжительность составила всего 6 400 лет. В некоторых регионах, например, в Тунисе, этот период длился и того меньше — около 3 500 лет.

Эволюционный взрыв в пустом океане

Пересмотр временной шкалы автоматически меняет датировку биологических событий. Окаменелости, найденные в этих слоях, оказались значительно древнее.

Главным объектом изучения стали планктонные фораминиферы — микроскопические одноклеточные организмы, чьи известковые раковины составляют значительную часть морских отложений. Фораминиферы чувствительны к изменениям климата и быстро эволюционируют, что делает их отличными маркерами геологического времени.

Согласно новым данным, первый новый вид эпохи кайнозоя — Parvularugoglobigerina eugubina — появился в океанах менее чем через 2 000 лет после падения астероида. Для эволюционной биологии это очень высокая скорость. Обычно на формирование нового вида в морских экосистемах уходит от сотен тысяч до миллионов лет. Здесь же процесс занял считанные столетия.

Ученые выявили, что всего за несколько тысяч лет после катастрофы возникло до 20 новых таксономических единиц. Среди них появились организмы с принципиально новыми признаками, например, представители рода Eoglobigerina, обладавшие шипами на раковине.

Механизм ускоренной адаптации

Как эволюция могла работать с такой скоростью в условиях разрушенной биосферы? Исследователи выделяют два основных фактора, способствовавших этому феномену.

1. Экологический вакуум. Массовое вымирание уничтожило конкурентов и хищников. Немногочисленные выжившие виды, которые в меловой период были незаметными обитателями прибрежных зон, внезапно получили в свое распоряжение весь Мировой океан. Отсутствие давления со стороны других видов позволило выжившим занимать любые доступные экологические ниши и экспериментировать с формой и размерами без риска быть уничтоженными.

2. Репродуктивные стратегии и плотность популяции. В первые столетия после удара океан был практически пуст. Низкая плотность популяции создала проблему для полового размножения — организмам было сложно находить партнеров. Вероятнее всего, фораминиферы переключились на бесполое размножение. Этот механизм играет важную роль в ускорении эволюции. При половом размножении генетический материал смешивается, что усредняет признаки потомства. При бесполом размножении случайные мутации и изменения формы (фенотипическая пластичность) закрепляются мгновенно и передаются следующему поколению напрямую. Это привело к взрывному росту морфологического разнообразия.

Таксономические споры и реальность

В научной среде существует давняя дискуссия между так называемыми «дробителями» и «объединителями». Первые склонны классифицировать каждое небольшое изменение формы раковины как новый вид, вторые рассматривают их как вариации одного вида.

В контексте данного исследования это различие не меняет главного вывода. Даже если использовать самый консервативный подход «объединителей» и считать множество ранних форм одним видом P. eugubina, факт остается фактом: эти организмы появились и распространились по планете с огромной скоростью. Если же принять точку зрения «дробителей», то мы наблюдаем появление десятков различных видов почти одновременно.

Разница между видообразованием и восстановлением

Важно провести четкую грань между появлением новых видов и восстановлением экосистемы. Исследование Кристофера Лоури доказывает, что механизм видообразования (специация) может запускаться экстремально быстро при наличии свободных ресурсов и отсутствия конкуренции.

Однако появление новых простейших организмов — это лишь первый шаг. Для восстановления сложных пищевых цепей, стабилизации климатических циклов и возвращения биоразнообразия к уровню, предшествующему катастрофе, потребовалось гораздо больше времени — по оценкам палеонтологов, около 10 миллионов лет.

Это открытие имеет важное значение для понимания современного антропогенного кризиса. Мы наблюдаем стремительное исчезновение видов из-за деятельности человека. Данные о событиях после Чикшулуба показывают, что природа обладает мощным потенциалом регенерации и способна создавать новые формы жизни в кратчайшие сроки. Но эти новые формы не будут эквивалентной заменой утраченному биоразнообразию.

Скоростная эволюция простейших организмов в пустом океане не означает, что сложные животные и экосистемы способны восстановиться так же быстро. Способность жизни к выживанию феноменальна, но цена восстановления после глобальных катастроф измеряется миллионами лет, даже если старт этому процессу дается всего за пару тысячелетий.

Источник:Geology