Как восстанавливалась жизнь после импактного события 66-миллионолетней давности

Массовое вымирание, подытожившее собой меловой период, обычно ассоциируется у широкой публики с вымиранием динозавров, и (теоретически) это катастрофическое событие расчистило путь млекопитающим и многим растениям для бурной экспансии в планетарном масштабе. Однако до сих пор было крайне мало прямых доказательств, подтверждающих правоту этой идеи. Но вот недавно появилось описание исследования (за авторством Тайлера Лисона и ко.) найденных в Денверском геологическом бассейне ряда необычайно хорошо сохранившихся окаменелостей различных позвоночных и растений, возраст которых как раз укладывается в первый миллион лет, прошедших с момента импактного события 66-миллионолетней давности. (Читайте отдельный пост про это событие, например, здесь).

Если говорить конкретнее, то Лисон и его пятнадцать соавторов рапортуют об одном стратиграфическом разрезе в Колорадо, который они детально откалибровали по временной шкале. Данный разрез, как упоминалось выше, содержит необычайно полные окаменелости млекопитающих, рептилий и растений, и на основании этого материала учёные смогли понять движущие силы и темпы биотического восстановления во время малоисследованного первого миллиона лет после мел-палеогенового массового вымирания.

Как уже было известно, граница мелового периода и палеогена (в англоязычной литературе обозначается как K–Pg) отмечает самое последнее массовое вымирание, произошедшее на нашей планете, когда более 75% видов, включая динозавров, вымерли. Причины, темпы и закономерности восстановления Земли в первые миллионы лет после мел-палеогенового вымирания всегда были поводами для горячих научных дискуссий, оставаясь плохо понятыми. Однако было известно, что на суше за массовым вымиранием последовало развитие и распространение современных клад, особенно плацентарных млекопитающих, птиц и цветковых растений. Исчезновение всех крупных позвоночных, несомненно, повлияло на таксономическую, экологическую и массовую диверсификацию различных клад, которые произошли после вымирания, но отсутствие хорошо сохранившихся окаменелостей не давало определить те факторы, которые повлияли на восстановление экосистем. И вот Лисон и соавторы предоставляют нам подробную часть палеонтологической летописи из этого критически важного периода истории Земли.

Но сначала немного о других источниках, которые имеются на территории США. Окаменелости наземных и пресноводных организмов первого миллиона лет после мел-палеогенового вымирания (в англоязычной литературе и далее по тексту — KPgE) чрезвычайно редки во всем мире, что препятствует нашему знанию об эволюционных радиациях после KPgE. До настоящего времени наиболее интересные участки этого временного интервала встречаются в бассейнах рек Уиллистон, Сан-Хуан, Ханна и Денвер вдоль восточной окраины Скалистых гор в Северной Америке. Во всех этих областях прерывистость геологических обнажений приводят к сложной стратиграфии. Местоположения ископаемых растений географически широко разнесены, а горизонты, содержащие окаменелости позвоночных, редки и разделены длинными временными промежутками, полные окаменелости позвоночных исключительно редки. Уиллистонский бассейн имеет наиболее полный набор окаменелостей с отличным контролем возраста, но образцы позвоночных носят фрагментарный характер. В бассейне Сан-Хуан сохранились хорошо изученные образчики ранних палеоценовых позвоночных, но нет окаменелостей из самой границы мел-палеогена. Кроме того, вышележащие палеоценовые породы содержат только два ископаемых горизонта позвоночных в первый миллион лет после KPgE. Секция K–Pg бассейна Ханны богата фрагментарными окаменелостями позвоночных, но имеет структурно сложные слои и лишена детальной хроностратиграфической структуры. Наконец, в бассейне Денвера обнаружились хорошо документированные меловые и палеоценовые слои, точно датированная граница K-Pg и обильные, географически разбросанные окаменелости растений, тогда как до этого исследования там были обнаружены лишь редкие и фрагментарные окаменелости позвоночных.



По итогам исследования была разработана стратиграфическая структура высокого разрешения в районе Коррал-Блафс (Corral Bluffs, к востоку от Колорадо-Спрингс). Там имеется единое непрерывное (физически прослеживаемое) геологическое обнажение площадью в 27 км² в Денверском бассейне, в котором хорошо сохранились следы наземной экосистемы с датировками, попадающими в интервал первого миллиона лет после KPgE (см. рис. Fig.1). Эта стратиграфия привязана к шкале времени, определённой с помощью палеомагнитного датирования и уран-свинцого метода. Также, для сравнения, предоставлены данные, использующие альтернативную возрастную модель; они показаны на S1-S14 (см. рис. Fig.1). Сама же область исследования состоит из исключительно плотной совокупности локаций с окаменелостями позвоночных (найдены 299 локациях) и мегафлоры (в 65 местах), которые встречаются более, чем на 150 стратиграфических уровнях в 250-метровой толще. Обширный и почти непрерывный пояс геологических обнажений охватывает период, начиная с последних 100 тысяч лет мелового периода и заканчивая первым миллионом лет палеоцена. Вместе эти данные предоставляют беспрецедентную возможность оценить объёмы и темпы биотического восстановления наземной экосистемы после KPgE.




Окаменелости позвоночных в Коррал-Блафс необычайно сохранны для этого периода времени и являют нам разнообразие таксонов и размеров тела. Большинство из них сохранились в трёхмерном виде в гидроксиапатитовых конкрециях и встречаются во всех наблюдаемых фациях, часто в виде сочленённых скелетов или черепов с неповреждёнными тонкими структурами, такими как элементы среднего уха и подъязычные кости (рис. Fig.2). Среди образцов позвоночных, сохранившихся в конкрециях, наиболее распространены черепа млекопитающих, черепах и крокодилов (рис. Fig.2, А-Т) и панцири черепах (рис. Fig.2, U-Х). Размер отдельных окаменелостей варьируется от ~ 3 мм² (отдельные зубы) до более крупных форм, таких как полные крокодиловые скелеты длиной 1,5 м. Окаменелости растений также охватывают размерный спектр по всем наблюдаемым фациям, включая микроскопические палиноморфы, семена, листья, корни, ветви и даже большие пни и бревна (рис. Fig.3).



В окаменелостях было распознано 16 таксонов млекопитающих, 8 из которых представлены на основе черепных останков, включая первое появление таксона позднего пуэрканского периода (Pu 3) (см. рис. Fig.2, K и L) из Денверcкого бассейна. Размеры черепа и нижнего первого моляра были использованы для оценки массы тела млекопитающих — важная особенность, которая влияет на многие аспекты биологии и экологии млекопитающих (см. рис. Fig.4). Выяснилось, что наиболее крупные млекопитающие исчезли на границе K–Pg и вернулись к уровням, близким к уровню до KPgE, в пределах 100 тыс. лет после границы массового вымирания (см. рис. Fig.4). Последующие сдвиги максимальной массы тела млекопитающих произошли на переходах Pu1 – Pu2 и вблизи переходов Pu2 – Pu3; то есть, около 300 и 700 тыс. лет после KPgE соответственно (рис. Fig.4). Кроме того, характер и обилие позвоночных животных, сохранившихся во всех палеосредах, позволяют предположить, что на границе около 700 тыс. лет после KPgE самые крупные млекопитающие (свыше 25 кг) были широко распределены по местности.



После KPgE многие покрытосеменные широко распространились по всей планете. В Коррал-Блафс Лисон и ко. также обнаружили самую старую из всех окаменелость растения из семейства бобовых, представленную окаменелыми же стручками и листочками, возрастом в 65,35 млн. лет (рис. Fig.3, J и K). Раньше самой старой подобной находкой считалось бобовое (были обнаружены следы листьев и древесины) из ранних палеоценовых пород Аргентины, в то время как самые ранние бобовые семена не обнаруживаются до позднего палеоцена (около 58 млн. лет назад, Колумбия). И теперь открытие американских палеонтологов подтверждает идею, что бобовые появились в Северной и Южной Америках почти синхронно, а также быструю диверсификацию этой группы в самом раннем палеоцене и их очевидное происхождение в Западном полушарии.

Время начала раннего палеоценового потепления соответствует изменениям в растительности и таксономическом составе. Весьма вероятно, что это произошло благодаря дополнительным источникам пищи, совпадениям в таксономическом составе млекопитающих и экологической диверсификации (рис. Fig.4). Таксономическое увеличение у млекопитающих было также задокументировано в другом месте в бассейне Денвера, в пределах первых 100 тыс. лет палеоцена. С 9 видов, обнаруженных в наиболее ранних фаунах периода Pu 1, до 21 вида, обнаруженных в более поздних фаунах того же периода. Максимальная масса тела млекопитающих увеличилась за этот интервал до уровни почти до KPgE, от самого крупного известного млекопитающего Lancian (ок. 8 кг) до самого большого известного млекопитающего Pu 1 (ок. 6 кг), совпадающего с первым эпизодом потепления после KPgE (рис. Fig.4, S8 и S9).

Среди растительного мира были обнаружены свидетельства диверсификации ореховых, которые прекрасно коррелируют с появлением крупных травоядных — периптехид (Periptychidae), представителей семейства вымерших плацентарных млекопитающих палеоцена. Их специализированные и увеличенные премоляры прекрасно подходили для разгрызания твёрдой скорлупы. Появление бобовых тоже сочетается с изменением максимальной массы тела млекопитающих и с зафиксированным коротким потеплением климата. В частности, два крупных млекопитающих появляются после 700 тыс. лет от момента мел-палеогенового вымирания (см. рис. Fig.4) — это растительноядное T. taoensis (ок. 34 кг) и всеядное архаичное копытное Eoconodon coryphaeus (ок. 47 кг) (рис. Fig.2, А и B). Эти данные предполагают, что самые ранние эпизоды потепления в палеоцене, возможно, сыграли важную роль в восстановлении экосистемы после KPgE. Возможно, это произошло путем содействия миграции и/или коэволюции флоры и фауны на месте их обитания и произрастания.

Почерпнуто из номера журнала "Science" от 22 ноября 2019 года.