Бронтотерии выросли в 150 раз из-за конкуренции с другими травоядными

Палеонтологи выяснили, как бронтотерии стали такими большими. Оказалось, что на ранних этапах истории данной группы скорость видообразования в ней была очень высокой — а новые виды заметно отличались друг от друга по размеру. Самые крупные из них получали эволюционное преимущество, поскольку не конкурировали с другими травоядными. В результате этого процесса бронтотерии из небольших животных весом меньше 20 килограмм превратились в гигантов весом более тонны. Впрочем, огромные размеры сделали их слишком специализированными — и не дали возможности приспособиться к изменениям климата на рубеже эоцена и олигоцена, которые их и погубили. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science.

Хотя млекопитающие достигли высокого разнообразия уже во времена динозавров, долгое время они в основном оставались мелкими. Например, в раннем кайнозое, вскоре после мел-палеогенового вымирания, среди представителей этой группы почти не было видов тяжелее десяти килограммов. Однако затем млекопитающие начали быстро увеличиваться в размерах. А уже около двадцати миллионов лет спустя в наземных экосистемах доминировали травоядные млекопитающие весом более тонны, появление которых изменило облик растительных сообществ и привело к появлению крупных хищников.

Ученые пока не сошлись во взглядах на то, как и почему млекопитающие стали такими большими. Одна гипотеза гласит, что эта группа развивалась в соответствии с так называемым законом Копа, согласно которому в ходе эволюционного развития видов размеры особей имеют тенденцию к увеличению. Сторонники альтернативной точки зрения предполагают, что млекопитающие выросли за счет последовательного освоения новых экологических ниш. При этом ряд специалистов уверены, что данный процесс не был направленным. В таком случае среди млекопитающих одинаково часто появлялись более мелкие и более крупные формы — но последние чаще выживали.

Команда палеонтологов под руководством Оскара Санисидро (Oscar Sanisidro) из Университета Алькалы решила разобраться в этом вопросе. Исследователи сосредоточили внимание на бронтотериях (Brontotheriioidea) — древних непарнокопытных, которые жили на планете 56-34 миллиона лет назад и эволюционная история которых хорошо сохранилась в ископаемой летописи. Первые представители этой группы весили всего около 18 килограмм, однако их потомки довольно быстро достигли гигантских размеров. Из 57 видов бронтотериев, известных ученым, более половины весили больше тонны — а некоторые достигали трехтонного веса.

Проанализировав сведения о 276 находках бронтотериев, Санисидро и его соавторы смоделировали эволюционное древо этой группы. В результате исследователи пришли к выводу, что с наибольшей вероятностью эволюция размеров тела у бронтотериев была ненаправленной. Иными словами, каждый новый вид этой группы не обязательно был крупнее своего предка. Наоборот, среди бронтотериев регулярно появлялись виды, которые уменьшились в размерах по сравнению с предками. В пользу данной модели говорит тот факт, что вплоть до конца эоцена на планете существовали мелкие бронтотерии, некоторые из которых весили меньше ста килограммов.

Однако полученные результаты не объясняют, как бронтотериям удалось за короткий по геологическим меркам срок увеличить размеры тела в 150 раз. Санисидро и его коллеги предположили, что это произошло, поскольку более крупные представители этой группы выживали чаще, чем мелкие. Дополнительное моделирование подтвердило эту идею.

Оказалось, что на ранних этапах эволюции тогда еще мелкие бронтотерии занимали общие экологические ниши со многими другими травоядными млекопитающими. В этот период среди бронтотериев с высокой скоростью появлялись новые виды, которые заметно отличались друг от друга размерами. Однако эти виды, как правило, столь же быстро вымирали, не выдержав соперничества с представителями других групп. Преимущество в таких условиях получали более крупные виды, которые могли освоить ниши, где конкурентов было намного меньше.

Таким образом, именно конкуренция сделала бронтотериев такими крупными — причем основные изменения их размеров произошли уже на ранних этапах эволюции группы. Тем не менее, бронтотерии экспериментировали с размерами тела на протяжении всей своей истории. Даже в среднем и позднем эоцене от крупных бронтотериев при определенных условиях происходили более мелкие. Однако в большинстве случаев такие виды претендовали на уже заполненные экологические ниши и вскоре вымирали. Напротив, более крупные виды бронтотериев использовали ниши, где у них почти не было конкурентов, благодаря чему риск вымирания у них был ниже.

Несмотря на эволюционный успех крупных бронтотериев, общая скорость исчезновения эволюционных линий в данной группе со временем выросла. Судя по всему, хотя гигантские виды и смогли избежать конкуренции с другими травоядными, они стали слишком специализированными и из-за этого уязвимыми к вымиранию.

Санисидро с коллегами также выявили, что скорость, с которой увеличивались размеры бронтотериев, со временем замедлилась. Это можно считать признаком эволюционного застоя, однако исследователи считают, что эти травоядные не исчерпали свой эволюционный потенциал, а просто достигли биомеханических и физиологических ограничений на массу тела. Кроме того, более крупные бронтотерии, вероятно, медленнее размножались, что снижало скорость их эволюции. Падение видового разнообразия группы и ее последующее вымирание авторы связывают с климатическими изменениями в конце эоцена, когда в Северном полушарии стало суше, а площадь лесов сократилась.

Бронтотерии — не единственный пример быстрого увеличения размеров в ходе эволюции. Ранее палеонтологи выяснили, что морским рептилиям ихтиозаврам понадобилось всего два с половиной миллиона лет, чтобы из мелких рептилий превратиться в гигантов, сравнимых с современными китами. К такому выводу исследователи пришли, изучив остатки семнадцатиметрового ихтиозавра Cymbospondylus youngorum возрастом около 246 миллионов лет.