» » В течение фанерозоя хищники становились крупнее

В течение фанерозоя хищники становились крупнее


В течение фанерозоя хищники становились крупнее

Рис. 1. Брюхоногий моллюск — сверлильщик Polinices incei (семейство Naticidae) нападает на двустворчатого моллюска Paphies elongata. На раковине жертвы заметно недоделанное отверстие — след предыдущей атаки, которой что-то помешало. Фото с сайта roboastra.com


Считается, что одной из главных движущих сил эволюции является «гонка вооружений» между хищниками и жертвами. Из этой гипотезы следует, что хищники в ходе эволюции должны были в целом становиться опаснее, активнее и прожорливее. Американские палеонтологи проверили это на примере специфической группы морских хищников — сверлильщиков. Анализ данных по ископаемым раковинам со следами сверления показал, что размер отверстий — а значит, и самих хищников — неуклонно рос в течение фанерозоя. Что касается жертв, то они не становились крупнее, но среди них росла доля подвижных и закапывающихся форм. Результаты хорошо согласуются с теоретическими представлениями об антагонистической коэволюции хищников и жертв.

Согласно «гипотезе эскалации» (см.: G. J. Vermeij, 2013. On Escalation), важнейшей движущей и направляющей силой эволюции является эволюционная гонка вооружений (антагонистическая коэволюция), в том числе между хищниками и их жертвами. Предполагается, что хищники постепенно становились всё более мощными, активными и прожорливыми. Это вынуждало их жертв вырабатывать разнообразные средства пассивной и активной защиты. В результате в биоте должна была расти доля крупных, энергичных, быстрых животных с высоким уровнем метаболизма. Кроме того, должно было идти освоение труднодоступных сред и ресурсов, если это помогало жертвам хотя бы ненадолго спастись от хищников.

Ранее в ископаемой летописи уже были найдены свидетельства того, что в течение фанерозоя пресс хищников действительно усиливался, а жертвы давали на это адекватный эволюционный ответ. Например, с кембрия по неоген происходил рост разнообразия морских хищников — как в абсолютном исчислении, так и по отношению к разнообразию жертв (рис. 2, верхний график). Параллельно увеличивалась доля подвижных родов по отношению к неподвижным (прикрепленным) (рис. 2, нижний график).


В течение фанерозоя хищники становились крупнее

Рис. 2. Увеличение доли хищных (вверху) и подвижных (внизу) родов в суммарном родовом разнообразии морских животных в течение фанерозоя (MYA — million years ago, млн лет назад). Видно, что рост был ступенчатым, причем самые радикальные перемены («ступеньки») приходятся на рубежи палеозоя/мезозоя и мезозоя/кайнозоя (выделены жирными вертикальными линиями). Из статьи R. K. Bambach et al., 2002. Anatomical and ecological constraints on Phanerozoic animal diversity in the marine realm


Подобные оценки уязвимы для критики, потому что основываются они, как правило, на подсчете числа таксонов, чаще всего — родов или семейств (видовой уровень в количественной палеонтологии используется редко, потому что на этом уровне неполнота летописи вносит слишком сильный «шум»). Эндемичные малочисленные роды при этом приравниваются к широко распространенным и массовым. Вообще-то есть все основания полагать, что это не сильно искажает картину, и графики вроде тех, что показаны на рис. 2, отражают реальные тенденции в развитии морской биоты. Но все-таки данные по индивидуальным организмам (а не по целым родам или семействам, рассматриваемым как единый объект) могут быть более информативными, если их набирается достаточно много.

Американские палеонтологи, чья статья опубликована в свежем выпуске журнала Science, попытались проверить предсказания «гипотезы эскалации» на основе как раз таких индивидуализированных данных, отражающих конкретные случаи взаимодействия хищника и жертвы. Для этого авторы выбрали весьма удобную группу хищников — сверлильщиков (рис. 1). Эти животные охотятся на жертв, защищенных прочной раковиной или панцирем, таких как двустворчатые моллюски, брахиоподы или морские ежи. Больше всего сверлильщиков среди гастропод, но этот способ охоты освоили также некоторые нематоды, протисты и даже насекомые (личинки жуков дрилид просверливают раковины улиток). Главным достоинством сверлильщиков (с точки зрения изучения эволюции хищничества по палеонтологическим данным) является то, что они оставляют на раковинах своих жертв недвусмысленные следы — аккуратные круглые отверстия, которые ни с чем не спутаешь, причем сами эти раковины отлично сохраняются в ископаемом состоянии.

Для начала авторы убедились, что по размеру просверленного отверстия можно судить о размере хищника. Для этого было измерено 556 отверстий, просверленных современными сверлильщиками, относящимися к 14 разным семействам. Выяснилось, что корреляция между размером хищника и диаметром отверстия весьма строгая (рис. 3). Она сохраняется и при совместном рассмотрении всех возможных сверлильщиков, и внутри отдельных таксономических групп. Следовательно, по размеру отверстий в ископаемых раковинах можно оценить размеры доисторических сверлильщиков, кем бы они ни были.


В течение фанерозоя хищники становились крупнее

В течение фанерозоя хищники становились крупнее

Рис. 3. Диаметр просверленного отверстия (по вертикальной оси) коррелирует с размером сверлильщика (по горизонтальной оси). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science


Затем исследователи проанализировали все опубликованные с 1861-го по 2016 год данные по ископаемым раковинам моллюсков и брахиопод со следами сверления. Моллюски и брахиоподы были выбраны по той причине, что эти группы, во-первых, доминируют в ископаемой морской биоте (в донных сообществах ордовика–перми численно преобладают брахиоподы, в мезозойских и кайнозойских — двустворки и гастроподы), во-вторых, именно к ним относится большинство жертв сверлильщиков. Надежные данные, включающие размер жертвы и диаметр отверстия, удалось собрать для 6943 просверленных раковин, которые представляют 362 комбинации вид/местонахождение; для каждой такой комбинации брали средние значения размеров жертв и хищников (точнее, просверленных ими отверстий). Изученный материал охватывает временной интервал в полмиллиарда лет — от ордовика до неогена.

Главные результаты исследования показаны на рис. 4. Оказалось, что размер жертв практически не менялся в течение фанерозоя (рис. 4, А), однако размер просверленных отверстий (и, следовательно, хищников) вырос почти на два порядка. Медианный диаметр отверстий, просверленных ордовикскими сверлильщиками, составлял всего 0,35 мм, четвертичных — 3,25 мм. (рис. 4, B). Соответственно, в течение фанерозоя неуклонно росло и среднее отношение размера хищника к размеру жертвы (рис. 4, C).


В течение фанерозоя хищники становились крупнее

В течение фанерозоя хищники становились крупнее

Рис. 4. Размер жертв (A), просверленных отверстий (B) и соотношение размеров хищника и жертвы (C) в разные периоды фанерозоя (по горизонтальной оси: Є — кембрий, O — ордовик, S — силур, D — девон, C — карбон, P — пермь, T — триас, J — юра, K — мел, Pg — палеоген, Ng — неоген, Q — четвертичный). Ширина прямоугольников отражает количество обработанного материала. Изображение из обсуждаемой статьи в Science


Дополнительные расчеты с привлечением литологических, палеогеографических и иных данных показали, что эти результаты не являются статистическим артефактом и не могут быть объяснены ни избирательной неполнотой палеонтологической летописи (например, избирательным растворением арагонитовых раковин моллюсков), ни движением материков (из-за которого основные площади мелководных морей сдвигались в течение фанерозоя из низких широт в более высокие), ни сменой таксономического состава жертв (в начале мезозоя доминирование брахиопод сменилось доминированием двустворок, однако соотношение размеров жертвы и хищника примерно одинаково в этих двух группах и схожим образом меняется со временем).

Таким образом, сверлильщики в течение фанерозоя увеличивались в размерах. Соответственно, им требовалось больше пищи, однако размер их жертв оставался прежним. Значит, им либо приходилось активнее охотиться и съедать больше жертв в единицу времени, либо жертвы стали более питательными. Скорее всего, имело место и то и другое. Питательность жертв действительно повысилась на рубеже палеозоя и мезозоя в связи с тем, что место многих вымерших групп брахиопод заняли быстро расплодившиеся двустворки (рис. 5, первый график). При сопоставимом размере и толщине раковины в брахиоподах гораздо меньше мягких тканей. По пищевой ценности брахиоподам не сравниться с сочными и питательными двустворчатыми моллюсками. Современные сверлильщики предпочитают двустворок, но с голодухи едят и брахиопод.


В течение фанерозоя хищники становились крупнее

В течение фанерозоя хищники становились крупнее

Рис. 5. Изменение состава жертв в течение фанерозоя. Сверху вниз: соотношение брахиопод и двустворок; соотношение прикрепленных, подвижных и «факультативно подвижных» (то есть способных передвигаться, но редко это делающих); соотношение эпифаунальных (живущих на поверхности грунта), инфаунальных (зарывающихся) и «полуинфаунальных» (закапывающихся не всегда или не целиком). Графики из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science


С другой стороны, охотиться становилось труднее, потому что среди потенциальных жертв росла доля подвижных (рис. 5, второй график) и закапывающихся в грунт (рис. 5, третий график). Соответственно, сверлильщикам тоже приходилось наращивать подвижность и учиться копаться в грунте — а для этого нужна энергия, то есть еще больше еды.

Таким образом, полученные результаты хорошо согласуются с «гипотезой эскалации». Антагонистическая коэволюция хищников и жертв действительно играла важную роль в развитии фанерозойской морской фауны. В этом и раньше мало кто сомневался, а теперь эта точка зрения получила дополнительную поддержку.

Источник: Adiel A. Klompmaker, Michal Kowalewski, John Warren Huntley, Seth Finnegan. Increase in predator-prey size ratios throughout the Phanerozoic history of marine ecosystems // Science. 2017. V. 356. P. 1178–1180.

См. также:
1) Великое вымирание 250 миллионов лет назад привело к резкому усложнению морских экосистем, «Элементы», 28.11.2006.
2) Биоразнообразие, как и народонаселение, растет по гиперболе (по статье А. В. Маркова и А. В. Коротаева «Динамика разнообразия фанерозойских морских животных соответствует модели гиперболического роста»).
3) Размер живых существ увеличивался скачками, «Элементы», 30.12.2008.
4) В разнообразном сообществе у животных меньше шансов вымереть, «Элементы», 13.05.2009.
5) Максимальный размер наземных млекопитающих рос по экспоненте, «Элементы», 02.12.2010.
6) Биоразнообразие стимулирует собственный рост, «Элементы», 05.07.2016.

Александр Марков


28 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Эксперимент на улитках подтвердил классическую идею о «двойной цене самцов»

В 1970-е годы Джон Мейнард Смит показал, что бесполое размножение, при выполнении ряда простых условий, должно давать двойной репродуктивный выигрыш по сравнению с раздельнополостью. Эта идея

Изучены причины и следствия утраты симбиоза муравьев и растений

Ботаники из Мюнхенского университета изучили эволюцию симбиоза между муравьями и мирмекофильными растениями из группы Гиднофитовых, образующих специальные разрастания тканей — домации, в которых

Домашние канарейки не поддержали теорию полового отбора

Согласно теории полового отбора, самки выбирают наиболее качественных самцов, ориентируясь на степень развития их вторичных половых признаков. Эти признаки, как считается, указывают на здоровье самца

Гусеницам проще сменить кормовое растение, чем вступать с ним в «гонку вооружений»

«Гонка вооружений» между растениями и растительноядными насекомыми считается одним из важнейших факторов формирования большого числа видов у этих групп живых организмов. Исследование южноамериканских

Филогенетическая реконструкция подтвердила, что млекопитающие стали дневными только после вымирания динозавров

Предполагается, что древние млекопитающие были вынуждены вести ночной образ жизни из-за безраздельного господства динозавров в «дневных» нишах. Зоологи из Израиля и Великобритании проверили эту
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Камеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсновные преимущества керамической плиткиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияЭкстрасенсы помогают следствию в раскрытии преступленийВьетнамские дети попрыгали через мертвую змею вместо скакалкиСамостоятельные путешествия, что важно знатьНа реке Генхе в Китае появился редкий вращающийся ледяной диск