Самая многообразная и процветающая группа позвоночных на нашей планете — лучеперые рыбы (Actinopterygii). Подавляющее большинство видов рыб принадлежит этому подклассу. По данным молекулярной филогении и палеонтологии, современные лучеперые рыбы (костистые, Teleostei) появились около 200 млн лет назад. Были они мелкими и эволюционировали довольно медленно. Всплеск их численности и разнообразия произошел 100–50 млн лет назад. На этот промежуток пришлось и массовое вымирание видов, вызванное падением астероида на полуостров Юкатан 66 млн лет назад, лишившее нас динозавров и разделившее меловой период и палеоген. Логично было бы предположить, что именно это событие послужило причиной экспансии лучеперых, но доказательств не было.
Доказательства обнаружили профессор Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего Ричард Норрис (Richard Norris) и его аспирантка Элизабет Сиберт (Elizabeth Sibert). Палеонтологов интересовало, как пережило большое вымирание сообщество пелагических рыб — обитателей открытого моря. После падения метеорита мелководные виды рыб исчезли почти все, большая часть акул и скатов уцелела, а о пелагических костистых рыбах было известно немного. (У акул и скатов скелет хрящевой, и они относятся к классу хрящевых рыб, Chondrichthyes.)
Исследователи анализировали ихтиолиты — микроскопические зубы рыб и минерализованные кожные чешуи (дентикулы) акул, которые извлекли из кернов глубоководных осадочных пород пяти областей Тихого и Атлантического океанов, а также из известковых обнажений на юге Италии — когда-то в этом месте было дно океана Тетис. Ихтиолиты хорошо сохраняются в осадочных породах и встречаются в большом количестве, чаще, чем другие элементы скелета. Их многочисленность позволяет исследовать не отдельных особей, а сообщества рыб, проследить за изменением их численности и биоразнообразия.
Ученые работали с ихтиолитами размером более 106 мкм. В каждой пробе они определили соотношение зубов к дентикулам и проанализировали изменение размеров и морфологии зубов. Акульи зубы составляют менее 1% ихтиолитов, их легко отличить от зубов лучеперых рыб: они плоские, треугольной формы, часто имеют зубчатые края. Поэтому зубы считались принадлежностью лучеперых рыб, а дентикулы — акульим атрибутом. Если соотношение зубов к дентикулам в определенном объеме породы было меньше единицы, это, по мнению ученых, свидетельствовало о преобладании акул, при соотношении больше единицы выше была численность лучеперых.
Во всех кернах граница мелового периода и палеогена четко определяется по слою с аномальным содержанием иридия, а также по наличию тектитов — стекловидных образований, возникших в результате удара метеорита о твердую поверхность планеты. В конце мелового периода акулы, безусловно, доминировали над лучеперыми рыбами. Великое вымирание их практически не затронуло: абсолютное количество акульих чешуек остается относительно постоянным в каждой пробе и до, и после этого события. Однако отношение количества зубов лучеперых рыб к числу дентикул после вымирания меняется. В конце мелового периода оно было меньше единицы, однако за 500 тыс. лет после вымирания количество зубов и дентикул практически сравнялось. Их соотношение продолжало неуклонно расти и спустя 24 млн лет достигло восьмикратной разницы.
зубы, а мелкие внизу. В палеоцене крупных зубов становится больше. Длина полоски — 1 мм.
www.pnas.org
Не только численность лучеперых рыб стремительно увеличивалась во всех океанах, но и разнообразие их. В меловом периоде зубы лучеперых были мелкими, но в начале палеогена, вскоре после вымирания, появилось довольно много лучеперых с крупными зубами. Размеры зубов у пелагических рыб не могут служить индикатором размеров тела: у некоторых крупных рыб зубы мелкие, а у маленьких рыбешек они бывают длиннее, чем у иных крупных видов. Исследователи полагают, что лучеперые стали активно занимать новые экологические ниши, в результате чего и появились большезубые рыбы. Они благоденствовали 6–7 млн лет, а затем их несколько потеснили рыбы с зубами среднего размера, однако большезубые никуда не исчезли (рис. 1). Разнообразной стала и форма зубов лучеперых (рис. 2).
Длина полоски — 500 мкм. https://scripps.ucsd.edu
Ричард Норрис и Элизабет Сиберт подчеркивают, что сообщество пелагических позвоночных позднего мела было чрезвычайно стабильным как по соотношению ихтиолитов лучеперых и акул, так и по размерной структуре зубов. Никаких тенденций к медленным изменениям исследователи не обнаружили. Следовательно, перемены, наступившие в начале палеогена, произошли в результате внезапного события, скорее всего падения метеорита и великого вымирания. Исчезли хищники: крупные морские рептилии и аммониты — древняя группа головоногих моллюсков. Некоторые виды аммонитов, питавшиеся планктоном, конкурировали с рыбами за пищу. Избавившись от гнета хищников и конкурентов, лучеперые ринулись осваивать освободившиеся экологические ниши, ранее для них недоступные. Акулы их примеру не последовали и лишь поддерживали прежнюю численность.
Стремительная эволюция лучеперых рыб напоминает историю успеха млекопитающих, которая в это же время разворачивалась на суше. Десятки миллионов лет млекопитающие существовали в тени динозавров, даже не могли себе позволить вырасти, но после большого вымирания достигли удивительного разнообразия размеров и форм.
Исследователи отмечают, что, не будь великого вымирания, изменившего невероятно стабильные экосистемы пелагических позвоночных, у лучеперых рыб не было бы шансов завоевать океан, тем более так быстро. Именно вымирание стало поворотным пунктом в эволюции лучеперых рыб и причиной их доминирования в современных морях. Нынешнюю эпоху вполне можно назвать эрой лучеперых.
Sibert E. C., Norris R. D. New Age of Fishes initiated by the Cretaceous–Paleogene mass extinction // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015. doi:10.1073/pnas.1504985112
В оригинале статьи на рисунке 1 видно, что рост числа акул и лучеперых рыб начинается до слоя с аномалиями иридия и прочих элементов и приходится на условный конец Мела. Это хорошо соответствует данным Герты Келлер и прочих авторов о постепенном вымирании моллюсков в течение всего Маастрихта — последних 5 миллионов лет Мела и освобождению экологических ниш для рыб или уничтожению многих видов моллюсков акулами, которые в это время обновляют свой видовой состав. В южном Тихом океане в конце Мела идет медленное повышение числа рыб, затем пик в начале Палеогена с резким повышением и снижением, в северном Тихом океане резкий пик, который начинается до иридиевого слоя, а максимум приходится на условный самый ранний Палеоген, после чего также идет снижение. В обоих случаях иридиевый слой пересекает график повышения числа рыб, не оказывая на него никакого влияния. Точно так же иридиевый слой по данным Герты Келлер пересекает графики снижения числа экземпляров и видов фораминифер и прочего планктона и бентоса, не оказывая на них влияния. Снижение числа видов запаздывает по отношению к снижению числа экземпляров, а вымирание мелких морских организмов продолжается несколько сотен тысяч лет. Все эти данные, и особенно рост числа видов и организмов для некоторых таксонов, включая эволюционно-успешные, являются серьезным свидетельством против астероидной теории вымирания, и на мой взгляд тем более не следует писать об астероиде, как о достоверном факте в качестве причины вымирания.