Изменение климата в прошлом способствовало быстрой эволюции рептилий
Крупнейшее массовое вымирание в истории Земли произошло в конце пермского периода, около 252 миллионов лет назад. Более 80 процентов всех существовавших в то время видов навсегда исчезли из окаменелостей. Это изменило природу жизни на Земле и положило начало новой эре, в которой рептилии развивались и размножались. В прошлом биологи считали, что такое быстрое распространение рептилий было вызвано обилием экологических ниш, освободившихся в результате вымирания пермских видов, но новое исследование позволило предположить, что изменение климата также было важным фактором впечатляющей эволюции и экспансии рептилий в это время.
"Мы обнаружили, что эти периоды быстрой эволюции рептилий были тесно связаны с повышением температуры. Некоторые группы менялись очень быстро, некоторые - менее быстро, но почти все рептилии эволюционировали гораздо быстрее, чем когда-либо прежде", - говорит ведущий автор исследования Тиаго Симоес (Tiago R Simões), постдокторант Музея сравнительной зоологии и кафедры органической и эволюционной биологии Гарвардского университета.
В ходе исследования Симоес и старший автор, профессор Стефани Е. Пирс (также из Гарварда) вместе с коллегами, профессором Майклом Колдуэллом (Университет Альберты, Канада) и доктором Кристианом Каммерером (Музей естественных наук Северной Каролины) изучали ранних амниот. Эти животные представляют собой предшественников всех современных млекопитающих, рептилий, птиц и их ближайших вымерших родственников на начальной стадии их эволюции. В этот момент времени первые группы рептилий и предков млекопитающих отделились друг от друга и развивались по своим собственным отдельным эволюционным путям.
"Рептилии представляют собой идеальную и редкую наземную систему для изучения этого вопроса, поскольку они имеют относительно хорошую летопись окаменелостей и пережили ряд климатических кризисов, включая те, которые привели к крупнейшему вымиранию в истории сложной жизни - пермско-триасовому массовому вымиранию", - сказал Симоэс.
В пермский период в фауне позвоночных доминировали синапсиды. Это были не рептилии, а предки млекопитающих, известные как стволовые млекопитающие или протомлекопитающие. Большинство из них погибло во время пермского вымирания, а их экологические ниши заняли рептилии, включая многочисленные виды динозавров, которые быстро развивались и размножались в течение триасового периода (252-200 миллионов лет назад).
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, использованы морфологические данные более 1000 ископаемых образцов 125 видов рептилий, синапсид и их ближайших родственников в течение примерно 140 миллионов лет до и после пермско-триасового вымирания. Этот набор данных на 40% больше, чем предыдущий самый большой набор данных, и большинство измерений было сделано путем прямых наблюдений и микротомографического сканирования.
Исследователи проанализировали эти данные, чтобы определить, когда впервые возникли эти ископаемые виды и как быстро они развивались, используя современные аналитические методы, такие как байесовский эволюционный анализ, который также используется для понимания эволюции вирусов, таких как SARS-COVID 19. Затем они объединили морфологические данные с информацией о размерах тела и с данными о глобальной температуре, охватывающими миллионы лет геологической летописи, чтобы дать широкий обзор основных адаптивных реакций животных на климатические сдвиги.
Эксперты обнаружили, что появление новых видов, увеличение темпов морфологических изменений и изменения в географическом распределении соответствовали периодам быстрого изменения климатических условий, включая глобальное потепление и похолодание,
"Наши результаты показывают, что периоды быстрых климатических сдвигов и глобального потепления связаны с исключительно высокими темпами анатомических изменений в большинстве групп рептилий, поскольку они адаптировались к новым условиям окружающей среды, и этот процесс начался задолго до пермско-триасового вымирания, по крайней мере, 270 миллионов лет назад, что указывает на то, что диверсификация планов тела рептилий не была вызвана событием P-T вымирания, как считалось ранее, а фактически началась за десятки миллионов лет до этого", - сказал профессор Пирс.
"Одна линия рептилий, лепидозавры, от которых произошли первые ящерицы и туатары, пошла в противоположном направлении от большинства групп рептилий и прошла фазу очень медленных темпов изменения общей анатомии, - говорит Симоес, - по сути, их планы тела были ограничены естественным отбором, вместо того, чтобы выйти из себя и радикально измениться, как большинство других рептилий в то время". Исследователи предполагают, что это связано с предварительной адаптацией размеров их тела, чтобы лучше переносить высокие температуры.
"Физиология организмов действительно зависит от размера их тела. Рептилии с небольшим телом могут лучше обмениваться теплом с окружающей средой. Первые ящерицы и туатары были гораздо меньше других групп рептилий, не так уж сильно отличаясь от своих современных родственников, и поэтому они были лучше приспособлены к резким изменениям температуры. Гораздо более крупные предки крокодилов, черепах и динозавров не могли так легко терять тепло и были вынуждены быстро менять свое тело, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды".
По словам профессора Пирса, крупногабаритные рептилии в основном выбирали два пути, чтобы справиться с этими климатическими сдвигами - они либо мигрировали ближе к регионам с умеренным климатом, либо вторгались в водный мир, где им не нужно было беспокоиться о перегреве, поскольку вода может поглощать тепло и поддерживать температуру гораздо лучше, чем воздух.
"Такая тесная связь между повышением температуры в геологическом прошлом и биологическим ответом резко отличающихся групп рептилий предполагает, что изменение климата было ключевым фактором в объяснении происхождения и взрыва новых планов тела рептилий в течение последних пермского и триасового периодов", - сказал Симоэс.
"Мы показываем, что происхождение и фенотипическая радиация рептилий не были обусловлены исключительно экологическими возможностями после конца пермского вымирания, как считалось ранее, но также были результатом многочисленных адаптивных реакций на климатические сдвиги в течение 57 миллионов лет", - заключили авторы исследования.
