Кембрийский взрыв более 500 миллионов лет назад часто считается «большим взрывом» в биологии.

На фото: Современное членистоногое (сороконожка Cormocephalus) ползет по своему кембрийскому «предку» (трилобит Estaingia). Фото: Майкл Ли / Южно-Австралийский музей и Университет Флиндерс, CC BY-NC-ND

Практически все основные виды животных эволюционировали в величайшем взрыве эволюции в жизни, быстро населяя странную и биологически редкую планету всем – от медуз до позвоночных и превращая ее в Землю, которую мы узнаем сегодня.

Но наше недавнее исследование, опубликованное на этой неделе в PNAS, показывает, что этот взрыв быстрых эволюционных инноваций также закончился на удивление быстро.

Животным потребовалось, возможно, всего 20 миллионов лет, чтобы заполнить большую часть пустых экологических ниш (способов зарабатывать на жизнь) на всей нашей планете. С тех пор темпы эволюции резко замедлились, вернувшись к нормам, которые считались более нормальными и которые господствовали в течение большей части последующих 520 миллионов лет до настоящего времени.

Наша работа предполагает, что эволюция может заполнить даже огромные экологические вакуумы чрезвычайно быстро.

Это имеет значение, учитывая широко распространенные глобальные изменения, которые в настоящее время происходят у людей. Экологические ниши разрушаются и создаются быстрее, чем когда-либо после массового вымирания, которое убило динозавров 66 миллионов лет назад.

Кембрийский морской пейзаж у Южной Австралии

Кембрийский морской пейзаж у Южной Австралии, где преобладают крупные (Redlichia) и маленькие (Estaingia) трилобиты. Фото: Катрина Кенни, CC BY-NC-ND

Самое большое адаптивное излучение всех времен

Адаптивное излучение – это когда вид оказывается в окружении пустых ниш и быстро развивается в ряд различных видов с различным образом жизни (таких как травоядные или плотоядные), чтобы заполнить весь вакуум.

По мере насыщения окружающей среды эволюция постепенно замедляется до нормальных показателей. Известные примеры адаптивного излучения включают сумчатых в Австралии и ящериц в Карибском море.

Самое большое адаптивное излучение из всех – это кембрийский взрыв. Жизнь впервые появилась, по крайней мере, 3,5 миллиарда лет назад, но в течение последующих 3 миллиардов лет существовало чуть больше, чем микробы и простые капли.

В (или незадолго до) в начале кембрийского периода (541 миллион лет назад) эволюционировали современные животные. Они быстро диверсифицировались во все основные группы (типы) животных, которых мы видим сегодня, таких как медузы и кораллы, сегментированные черви (такие как дождевые черви), моллюски (такие как улитки), членистоногие (такие как крабы), и даже позвоночные (позвоночные) животные, которые в итоге включили нас самих).

Странные, но все же знакомые эволюционные продукты кембрийского периода прекрасно хранятся в потрясающих окаменелых местах по всему миру, таких как сланцы Берджесс в Канаде и Чэнцзян в Китае. У Австралии есть свой собственный: Эму Бэй Сланец на острове Кенгуру.

Широко распространено мнение, что эволюция должна была быть турбонагнетана во время кембрийского взрыва. Но мы не знали наверняка, как долго длился этот беспрецедентный всплеск быстрых инноваций и адаптации.

Трилобиты (Estaingia) недавно раскопаны в кембрийских породах (Emu Bay Shale) на острове Кенгуру.

Трилобиты (Estaingia) недавно раскопаны в кембрийских породах (Emu Bay Shale) на острове Кенгуру. Фото: Джон Патерсон, Университет Новой Англии, CC BY-NC-ND

Если оно будет поддерживаться в течение большей части кембрийского периода (который простирается от 541 млн. До 485 млн. Лет назад), то это предполагает, что животным потребовалось более 50 млн. Лет, чтобы заполнить нашу планету.

Скорость эволюции

Наше исследование является наиболее тщательным и математически точным измерением эволюции в кембрийском периоде.

Скорость эволюции, как правило, трудно рассчитать, отчасти из-за неоднородных данных окаменелостей. Сложная цепь событий, необходимая для превращения мертвого организма в камень, означает, что большинство трупов потеряны во времени.

Конечно, есть редкие случаи, когда развивающаяся популяция сохраняется в более молодых месторождениях, что является неопровержимым доказательством эволюции в действии. Чаще, тем не менее, мы находим (скажем) челюстную кость в одном месте, за которой следует кость конечности на другом континенте, который на миллионы лет моложе.

Мы обошли пятнистость камбрийской летописи двумя способами. Во-первых, мы сосредоточились на доминирующих существах кембрия, трилобитах (вымершей группе морских членистоногих, связанных с другими существами с сочными ногами, такими как крабы, пауки и насекомые).

Трилобиты разнообразны и многочисленны (что дает нам большой и плотный образец окаменелостей для работы), а также имеют очень сложные, сильно минерализованные экзоскелеты или «оболочки» (что дает нам множество анатомических признаков для измерения).

Трилобиты, такие как этот Olenellu

Трилобиты, такие как этот Olenellus, были самыми разнообразными и многочисленными животными в кембрии. Фото: Рассел Бикнелл, Университет Новой Англии; Музей сравнительной зоологии, Гарвардский университет, CC BY-NC-ND

Во-вторых, мы использовали новые мощные байесовские методы, называемые цепью Маркова-Монте-Карло, которые полностью учитывают неопределенность, вызванную отсутствием данных (таких как пробелы в записи окаменелостей).

Столкнувшись с неполными данными, эти методы не пытаются сделать невозможное и дают один точный ответ. Скорее, они умно выводят из вселенной вероятных ответов, учитывая нечеткую информацию под рукой.

Наше исследование показывает, что эволюция снизилась до более нормальных показателей в начале кембрия – по крайней мере, 520 миллионов лет назад. Таким образом, кембрийский взрыв закончился гораздо раньше, чем многие подозревали, даже почти сразу после появления первых трилобитов.

Если современные животные впервые эволюционировали в самом начале кембрия, то их глобальная адаптивная радиация заняла всего 20 миллионов лет.

Хотя это все еще существенно, это составляет всего 0,5% от 3,5-миллиардной истории жизни на Земле: удивительно короткий промежуток времени, чтобы заполнить Землю планами тела, столь же разнородными, как морские звезды, улитки, креветки и рыбы.

Эволюция использует любую возможность

Быстрый рост животных, предложенный в нашем исследовании, подчеркивает способность эволюции быстро использовать любую возможность.

Вид комаров появился в лондонском метро

Вид комаров появился в лондонском метро, ​​чтобы кусать людей. Фото: francok35 / pixabay

Как сказал вымышленный математик Ян Малкольм в первом фильме «Парк Юрского периода» (1993), «жизнь находит путь»!

Кембрийский взрыв представляет собой первый раз, когда животные эволюционировали, чтобы заполнить планету. С тех пор несколько массовых вымираний – таких как удар метеорита, который способствовал вымиранию не-птичьих динозавров и многое другое – частично очистили палубы.

Каждый раз жизнь быстро восстанавливается.

Сегодня, когда люди трансформируют нашу планету и подвергают ее стрессу, мы сталкиваемся с очередным массовым вымиранием. Эволюционные ниши разрушаются и создаются быстрее, чем когда-либо, начиная с эпохи динозавров.

Быстрота эволюции в прошлом может привести к оптимизму того, что жизнь может адаптироваться к худшему, что люди могут в нее бросить.

Но это искусственно быстрое глобальное изменение может быть слишком быстрым для многих видов. Кроме того, большая часть быстрой эволюции, вызванной людьми, далеко не желательна.

Ласточки, которые развивают формы крыльев, чтобы лучше маневрировать в условиях интенсивного движения, могут быть милыми. Но супер-жучки, устойчивые ко всем известным антибиотикам, и подземные комары, приспособленные к еде на лондонских пробках, – меньше.

По материалам phys.org