Могут ли обыкновенные ракушки от мелких трилобитов рассказать нам о НАШЕЙ эволюции? Оказывается еще как могут, особенно если в этом им поможет математика и здравый смысл!
Сразу предупрежу, тут много слов и терминов, так что если в процессе чтения чего не поймете - внизу статьи есть раздел с краткими выводами и ссылками на оригинал. И да, ваш лайк и коммент сильно поможет продвижению, как же без этого?!
Кембрийский взрыв более 500 миллионов лет назад часто называется биологическим аналогом “Большого взрыва”, породившего нашу Вселенную.
Практически все основные жизненные формы многоклеточных животных эволюционировали в величайшем когда-либо всплеске эволюции жизни, быстро заселив почти пустую и биологически бедную планету всем, от медуз до позвоночных, и превратив ее в Землю, которую мы узнаем сегодня. Такие вот высокопарные слова!
Но недавнее исследование, опубликованное на этой неделе в PNAS, показывает, что этот всплеск быстрых эволюционных инноваций также закончился удивительно быстро. То есть в рамках геологии - это как горение одной обыкновенной спички, но каковы изменения! И узнать это удалось довольно нетипичным способом.
Животным потребовалось, возможно, всего 20 миллионов лет, чтобы заполнить большинство пустых экологических ниш (способов заработать на жизнь) на всей нашей планете. После же взрыва темпы эволюции резко замедлились, вернувшись к темпам, которые считаются стандартными и которые наблюдались в течение большей части последующих 520 миллионов лет, вплоть до настоящего времени.
То есть да, буквально, за 20 миллионов лет из лепешек в "почти" рыбы!
Новая научная работа предполагает, что эволюция может чрезвычайно быстро заполнить даже огромный экологический вакуум.
И это открытие и правда имеет смысл, учитывая широко распространенные глобальные изменения, которые в настоящее время производятся людьми над биосферой планеты. Экологические ниши разрушаются и создаются быстрее, чем когда-либо после массового вымирания, которое убило динозавров 66 миллионов лет назад. И это я уж не сравниваю и молчу про всякие более мелкие вымирания, типа олигоценового.
Самая большая адаптативная радиация всех времен
Адаптативная радиация - это когда один отдельно взятый вид оказывается окруженным множеством пустых ниш (например после глобального вымирания) и быстро эволюционирует в ряд различных видов с разным образом жизни (например, травоядных или плотоядных, наземных и древесных), чтобы заполнить весь имеющийся вакуум. А еще это полезно для того, чтобы всей толпой не конкурировать за один ресурс. Жрачка ведь может и закончиться!
По мере насыщения окружающей среды, эволюция постепенно замедляется до нормальных темпов. Известные примеры адаптивной радиации включают сумчатых в Австралии и ящериц-анолисов в Карибском бассейне. Из самых любимых, вы можете вспомнить взрывную радиацию архозавров, когда за первые 20 миллионов лет триасового периода сформировались основные группы псевдозухий и авиметатарсалий.
Но самое же большое адаптивное излучение из всех - это конечно кембрийский взрыв. Жизнь впервые появилась по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад, но в течение последующих 3 миллиардов лет существовала в чем-то немногим большим, чем отдельные микробы и простые каплевидные колонии. Уныло!
В (или незадолго до) начала кембрийского периода (541 миллионов лет назад) эволюционировали современные животные. Происходило это на фоне дикого падения видового разнообразия эдиакарской биоты, вызванного конкуренцией за ресурсы. Ну а вообще у меня статья об этом есть, почитайте. Наши же предки быстро диверсифицировались во все основные группы (типы) животных, которые мы видим сегодня, такие как медузы и кораллы, кольчатые черви (такие как дождевые черви), моллюски (такие как улитки), артроподы (такие как крабы и насекомые с пауками) и даже позвоночные (костистые животные, которые в конечном итоге включают нас с вами).
Странные, но знакомые на вид эволюционные продукты кембрийского периода прекраснейше сохранились во впечатляющих лагерштеттах по всему миру, таких как сланцы Берджесса в Канаде и Чэнцзян в Китае. Австралия имеет свой собственный: сланец залива Эму на острове Кенгуру. Да и не так далеко от вас, у Белого моря тоже находили всевозможных вендобионтов и их потомков.
Существует широко распространенное мнение, что эволюция, должно быть, была чуть ли не под спидами во времена кембрийского взрыва. Но мы действительно не знали наверняка, как долго длился этот беспрецедентный всплеск быстрых инноваций и адаптации.
Если она сохранялась на протяжении большей части кембрийского периода (который простирается от 541 миллиона до 485 миллионов лет назад), то это говорит о том, что животным потребовалось более 50 миллионов лет, чтобы заполнить нашу планету. Что ж, в реальности всё случилось куда быстрее.
За (геологическое) мгновение
Эволюционные темпы обычно трудно рассчитать, отчасти из-за неоднородной летописи окаменелостей. Сложная цепь событий, необходимых для того, чтобы мертвый организм превратился в камень, означает, что большинство погибших существ теряется во времени.
Безусловно, есть редкие случаи, когда эволюционирующая популяция сохраняется в последовательно от более старых отложений к более молодым (хроновид), предоставляя неопровержимые доказательства эволюции. Однако чаще всего мы находим, скажем, челюстную кость в одном месте, а затем кость конечности на другом континенте, который на миллионы лет моложе. Короче говоря, в эволюционной летописи часто бывает реально куча дыр, и родственников в кучу бывает трудно собрать.
В новой публикации такой разброс по датировкам и географии находок исследователи обошли парой хитрых способов. Во-первых, они сосредоточились на доминирующих существах раннего кембрия, трилобитах (вымершая группа морских членистоногих, связанных с другими артроподами, такими как крабы, пауки и насекомые).
Трилобиты разнообразны и многочисленны (давая нам большой и плотный образец окаменелостей для работы), а также имеют очень сложные, прочно минерализованные экзоскелеты (давая ученым много анатомических черт для измерения).
Во-вторых, использовались относительно новые мощные байесовские методы, называемые марковской цепью Монте-Карло, которые полностью учитывают неопределенность, вызванную недостающими данными (такими как пробелы в летописи окаменелостей).
Столкнувшись с неполными данными, эти методы не пытаются сделать невозможное и выплюнуть один точный ответ. Скорее, они умно выводят целую вселенную вероятных ответов, учитывая нечеткую информацию под рукой (да, как долбаный Доктор Стрендж).
Пошел хардкор!
Ископаемая история трилобитов идет с даты в 521 миллион лет назад. В этот момент самых примитивных из них уже обнаруживают полностью сформированными, а значит их происхождение скрыто в раннем кембрии, или даже позднем эдиакаре. По нулевой гипотезе предполагается, что биосфера эволюционировала высокими темпами на протяжении всего кембрийского периода, и если это так, то данный процесс можно будет проследить по изменениям морфологии трилобитов. То есть буквально по морфологии их панциря узнать скорость эволюционных часов. А затем сравнить их с современными. И тут случился подвох!
По итогам страшенных математических расчетов, исследование показывает, что темпы эволюции снизились до более нормальных (почти современных) темпов уже в раннем кембрии – по крайней мере, 520 миллионов лет назад. Можете глянуть на картинку сверху и увидеть это. Специалисты восстановили ход эволюционных часов и выяснили, что все панцирные трилобиты, судя по темпам изменения в морфологии, жили уже после кембрийского бума. Таким образом, кембрийский взрыв закончился гораздо раньше, чем многие подозревали, фактически почти сразу же, как появились первые трилобиты.
Если современные типы животных впервые эволюционировали в самом начале кембрия, то их глобальная адаптативная радиация заняла всего лишь 20 миллионов лет буквально в начале этого первого периода Фанерозоя.
Хотя это все еще существенно (20 миллионов лет все-таки), данный отрезок времени представляет собой лишь 0,5% от 3,5-миллиардной истории жизни на Земле: удивительно короткий интервал, чтобы заполнить Землю планами тела, столь же непохожими друг на друга, как морские звезды, улитки, креветки и рыбы.
А что с трилобитами-то???
С трилобитами кстати получилось еще веселее. Ситуация тут в том, что судя по молекулярным часам и куче математических выкладок общий предок всех трилобитов жил на границе эдиакара и кембрия, где то в терреневиане (примерно алданский ярус по российской стратиграфической шкале). С началом кембрийского взрыва начинает происходить взрывная диверсификация этих животных, нооо.... НЕТ НИ ЕДИНОЙ НАХОДКИ!
Как же так? А весь прикол в том, что первые трилобиты, очевидно, не имели панциря, и очень плохо сохранялись. При этом они уже в первые 20 миллионов лет, яростно диверсифицируются, а с наступлением эпохи "кальцитового моря" отдельные группы этих членистоногих начинают независимо друг от друга приобретать панцири. КАК РАЗ ПОД КОНЕЦ КЕМБРИЙСКОГО ВЗРЫВА, во как удобно-то вышло! Это кстати было не только у трилобитов, многие другие животинки после кембрийского взрыва себе панцирь тоже запилили, достаточно вспомнить всяких представителей группы Спиралий - от моллюсков до брахиопод.
А панцирями начали обзаводиться очень и очень не зря. Ведь под конец кембрийского взрыва случилась главная проблема - появились активные хищники, которые могли спокойно тебя беззащитного разорвать на кусочки. Проблему нужно было решать - на помощь пришел кальцит.
Что-то типа вывода
Для тех, кто запутался, думаю стоит повторить вышесказанное.
Есть у нас кембрийский взрыв, и мы знаем, что он начался где-то плюс-минус 540 миллионов лет назад. Мы знаем, что в процессе этого взрыва темпы эволюции были выше, чем во время остального фанерозоя. Нам нужно это проверить, а заодно узнать, когда закончилась эпоха быстрой эволюции, и все затормозилось до современного уровня. Для этого нам нужно что-то, что можно объективно измерить, посчитать и внести в таблицы - отлично подойдут разнообразные виды кембрийских трилобитов, они же как раз 521 миллион лет назад появились!
Теперь мы бегаем с линейками вокруг каждого вида трилобитов, измеряем, пишем кучу таблиц, заносим их в комп, включаем нашу байесову машинку и она нам выдает, что вообще-то, на момент появления раковин у трилобитов, 521 миллион лет назад, кембрийский взрыв уже кончился. И скорость накопления изменений в морфологии на протяжении всего остального кембрия примерно такая же как и сейчас. А вот судя по молекулярным часам и скорости диверсификации отдельных групп трилобитов друг от друга, можно сделать вывод, что в пределах двух первых эпох еще беспанцирные предки трилобитов ОЙ КАК БЫСТРО эволюционировали. Из чего делаем вывод, что как минимум 520 миллионов лет назад кембрийский взрыв уже завершился, все разбежались по своим нишам и начали на них специализироваться. Ну, то есть, буквально за 20 миллионов лет предки всех современных типов животных резко вылезли на свет, несколько усложнились в строении и заполонили всю планетку.
Вот так, изменения в морфологии обыкновенных панцирей вполне стандартных трилобитов могут показать границы таких эпохальных эволюционных событий, как кембрийский взрыв!
Так что да, даже если планета пуста после глобального вымирания - "Жизнь всегда найдет выход"
СТРИМЫ: https://trovo.live/crazypaleo
ПОДДЕРЖИ НА БУСТИ: https://boosty.to/crazypaleo
