Палеонтологи показали восстановление биоразнообразия после вымирания динозавров
Палеонтологи восстановили хронологию событий, произошедших на территории современного штата Колорадо в первые 700 тысяч лет после мел-палеогенового вымирания, говорится в Science. Уже через 100 тысяч лет после катастрофы появились почти такие же большие млекопитающие, как в конце мелового периода. Еще через 200 тысяч лет их размер утроился, а через 700 тысяч лет они стали весить около 50 килограммов. Растения за это время прошли путь от папоротников до бобовых.
Около 66 миллионов лет назад на Земле произошло массовое вымирание, известное как мел-палеогеновое, в результате которого исчезли динозавры, летающие и морские ящеры, и другие виды наземных и морских животных. Причиной вымирания большинство ученых считает падение астероида диаметром около десяти километров в районе полуострова Юкатан. Оно привело к возникновению цунами, повышению вулканической и сейсмической активности, глобальным лесным пожарам. После столкновения произошел выброс в атмосферу огромного количества сажи и пыли, что привело к резкому похолоданию и «ночи», которая продлилась 1,5 года.
Довольно быстро после вымирания экологическое разнообразие стало восстанавливаться. Появились новые виды животных, в частности плацентарных млекопитающих и птиц, которые в меловом периоде оставались «в тени» больших рептилий. Но как происходило восстановление разнообразия позвоночных в течение первого миллиона лет после вымирания известно очень плохо из-за малого количества окаменелостей. До недавнего времени палеонтологи в подавляющем большинстве случаев находили фрагментарные остатки позвоночных того периода, и не всегда могли их точно датировать.
Но недавно американским исследователям удалось создать картину появления новых видов млекопитающих и растений, и восстановления биоразнообразия в течение 700 тысяч лет после массового вымирания. Тайлер Лайсон (Tyler Lyson) из Денверского Музея природы и науки и его коллеги описали хорошо сохранившиеся окаменелости 16 видов млекопитающих и 233 видов растений, а также окаменелости рептилий: крокодиломорф и черепах. Ученые нашли их в заповеднике Коррал Блафс, штат Колорадо. Это одно из мест, где сохранились окаменелости мелового и палеогенового периодов, но до недавнего времени палеонтологи редко находили здесь остатки позвоночных и они были неполными.
В 2016 году окаменелости в Коррал Блафс начали искать авторы исследования. При этом Лайсон искал не окаменелости самих костей, а определенные типы горных пород, которые могли образоваться вокруг них. Как говорит ученый, после смены подхода все изменилось, он нашел остатки четырех или пяти черепов в течение нескольких минут.
Многочисленные окаменелости позволили авторам понять, как развивалась экосистема, находившаяся на месте Коррал Блафс в течение 700 тысяч лет после массового вымирания. Во время вымирания здесь исчезли млекопитающие весом больше восьми килограммов. Но в течение 100 тысяч лет появились звери почти такого же размера весом около шести килограммов (как большая домашняя кошка). Как считают исследователи, они были насекомоядными или всеядными. Из растительности в это время преобладали папоротники.
Через 300 тысяч лет после вымирания количество видов млекопитающих увеличилось с 9 до 21. Также они выросли втрое: появились млекопитающие размером c бобра (весом около 25 килограммов), которые, по-видимому, были травоядными. Изменились и растения: папоротники сменились пальмами. Еще примерно через 400 тысяч лет появились бобовые растения, а млекопитающие снова «подросли». Ученые нашли черепа травоядного животного, которое весило примерно 34 килограмма (как небольшой олень или свинья пекари), и более крупного всеядного млекопитающего. Оно весило 47-48 килограммов, как современная песчаная газель. В это же время в реках или на их берегах обитали черепахи, родственные современным каймановым.
«Эти окаменелости показывают нам, что через 100 тысяч лет после падения астероида количество видов растений и животных было столь же велико, как и до него. Возможно, кажется, что сто тысяч лет это долго, но в геологической летописи это очень короткий промежуток времени. [Восстановление разнообразия] произошло гораздо быстрее, чем после других массовых вымираний», — говорит Дэвид Полли (David Polly) из Индианского университета, который не участвовал в исследовании. По его словам, найденные остатки показывают, что через 300 тысяч лет разнообразие растений и млекопитающих стало гораздо больше, чем до катастрофы. А через 700 тысяч лет после нее появились совершенно новые виды животных. Все это говорит о том, что экосистемы после массового вымирания стали функционировать по-другому. Для этого появились возможности, которых не было в меловом периоде.
Ранее ученые пришли к выводу, что вызвавший массовое вымирание астероид упал в неудачное место, на территорию, богатую углеводородами. Из-за этого в атмосфере оказалось очень много сажи, гораздо больше, чем могли бы вызвать лесные пожары. Если бы астероид попал в другое место, возможно, последствия его падения были бы не столь катастрофичны.
В работе использовали образцы четырех парантропов из Южной Африки
Научная группа из десяти стран выполнила масс-спектрометрический анализ протеомов зубной эмали четырех особей южноафриканских плейстоценовых гоминин возрастом около двух миллионов лет. Это позволило определить их пол, а также подтвердить таксономическое положение и значительную внутривидовую вариабельность. Препринт статьи доступен на ресурсе bioRxiv. Эволюционные и таксономические взаимоотношения вымерших африканских гоминин значительно затруднено, во многом из-за отсутствия молекулярных данных. По морфологическим признакам не всегда удается даже определить, обусловлены наблюдаемые вариации половым диморфизмом, или принадлежностью к разным видам или подвидам. Для жившего около 2,8–1 миллиона лет назад в Южной Африке Paranthropus robustus, родственного австралопитекам или принадлежавшего к ним, филогенетические отношения с другими таксонами и природа внутривидовой вариабельности остаются предметом дискуссий. В частности, большинство исследователей считают Paranthropus монофолетическим таксоном, однако морфологические сходства между южноафриканскими P. robustus и Australopithecus africanus, а также восточноафриканскими P. aethiopicus и Au. afarensis указывают на возможность парафилии или даже межвидового скрещивания. В то же время, значительная вариабельность эмалево-дентинного соединения в зубах может быть признаком таксономической неоднородности P. robustus. Высокоточные ответы на подобные вопросы дает анализ древней ДНК, однако ее не удавалось успешно добыть из образцов африканских гоминин старше 18 тысяч лет. Поэтому исследователи из Великобритании, Германии, Дании, Испании, Канады, Кении, Норвегии, США, Франции и Южной Африки под руководством Йеспера Ольсена (Jesper Olsen), Ребекки Акерманн (Rebecca Ackermann) и Энрико Капеллини (Enrico Cappellini) воспользовались анализом протеома зубной эмали, фрагменты которого сохраняются значительно дольше (раньше их удавалось получить из окаменелостей гигантопитека, денисовца, Homo antecessor из Атапуэрки и Homo erectus из Дманиси). В работе авторы использовали четыре образца зубной эмали, предположительно принадлежащих разным P. robustus, из старейших отложений Сварткранса в Колыбели человечества на севере ЮАР возрастом 1,8–2,2 миллиона лет. Из них извлекли аминокислотные фракции и исследовали их жидкостной хроматографией с высокопроизводительной тандемной масс-спектрометрией. Получилось от 4600 до 8500 совпадений пептидного спектра, покрывающих от 540 до 780 аминокислотных позиций (425 у четырех особей совпадали) из 8–10 специфичных для эмали белков. Некоторые из них — ALB, AMELX, COL17A1, ENAM и MMP20 — были найдены во всех образцах. Результаты удалось воспроизвести в независимой протеомной лаборатории. На подлинность восстановленных последовательностей указывали степень гидролиза пептидных связей, характерная для функционирования эмали как замкнутой системы; схожие аминокислотные профили во всех образцах без значимого количества стороннего материала; диагенетические изменения аминокислот, соответствующие возрасту и географии, а также характерные для палеоантропологического материала паттерны фрагментации пептидов. Особи SK 850 и SK 835 были однозначно идентифицированы как самцы парантропа, поскольку содержали множественные пептиды, специфичные для белка AMELY, ген которого расположен в половой Y-хромосоме. По соотношению AMELX из X-хромосомы и AMELY в общей подборке, а также морфологическим признакам оставшихся особей SK 830 и SK 14132 определили как самок. Попытка филогенетической реконструкции по полученным молекулярным данным показала, что четыре изученных образца Paranthropus ближе к кладе Homo, чем к любым другим приматам: у них обнаружили 17 специфичных для гоминид однонуклеотидных полиморфизмов, лишь у двух их которых (COL17A1-636 и ENAM-137) аллельное состояние отличалось от людей современного типа, неандертальцев и денисовцев. Реконструкция филогенетического дерева методом максимального правдоподобия и байесовского анализа определила Paranthropus как внешнюю группу по отношению к кладе сапиенсов, неандертальцев и денисовцев. Все вместе эти виды формируют более крупную кладу, не включающую никаких других современных гоминид. При этом SK 850, SK 14132 и SK 830 оказались филогенетически крайне близки, а SK 835 был от них более отдален. Эти результаты валидировали с использованием альтернативных подходов и референтных баз данных. Дополнительный морфометрический анализ эмалево-дентинного соединения двух лучше сохранившихся образцов — SK 835 и SK 830 — однозначно показал, что они принадлежат Paranthropus и отличаются от Australopithecus и ранних Homo. При этом они значительно отличались друг от друга и имели сходства с другими группами парантропов, что свидетельствует о высокой внутривидовой вариабельности P. robustus. Полученные данные демонстрируют информативность восстановления белков зубной эмали раннеплейстоценовых африканских гоминин и возможность с их помощью различать половой диморфизм и таксономические отличия, пишут авторы работы. В 2020 году немецкие исследователи представили данные компьютерного моделирования черепов двух детенышей афарских австралопитеков. Оно позволило сделать вывод, что их мозг был структурно похож на обезьяний, но развивался так же долго, как человеческий, что ставит под сомнение существовавшие гипотезы по этому поводу.