Изменение климата, а не конкуренция, определило главных хищников Европы 35 миллионов лет назад

После исчезновения динозавров млекопитающие получили беспрецедентную возможность занять освободившиеся экологические ниши. За десятки миллионов лет среди них появились новые травоядные, всеядные и крупные хищники. Однако вопрос о том, почему одни группы плотоядных в итоге исчезли, а другие дали начало современным кошкам, собакам, медведям и другим хищникам, долгое время оставался предметом споров.

Новое международное исследование показывает, что ключевую роль в этой смене могли играть не столько прямые столкновения и конкуренция между хищниками, сколько крупные климатические изменения. Анализ европейских ископаемых позволил ученым по-новому взглянуть на события, происходившие примерно 40–34 миллиона лет назад, когда температура на планете сначала резко повышалась, а затем началось существенное похолодание.

Работу провела международная группа специалистов из Бельгии, Франции, Швейцарии, Испании и США. Исследователи реконструировали изменения размеров плотоядных млекопитающих в палеогене — геологическом периоде, продолжавшемся примерно от 66 до 23 миллионов лет назад и сыгравшем огромную роль в становлении современной фауны.

После массового вымирания в конце мелового периода именно палеоген стал временем стремительного развития млекопитающих. Освободившиеся после исчезновения нептичьих динозавров экологические пространства позволили им быстро увеличивать разнообразие и осваивать новые способы питания.

Среди крупнейших хищников той эпохи были гиенодонты. Несмотря на название, они не являлись непосредственными родственниками современных гиен. Это была отдельная, ныне полностью исчезнувшая линия хищных млекопитающих, представители которой широко распространились по различным континентам и на протяжении миллионов лет занимали верхние уровни пищевых цепей.

Одновременно существовали карнивораморфы — группа, с которой связана эволюционная история современных представителей отряда хищных. Именно из этих линий позднее появились предки кошек, собак, медведей, куньих, енотов, тюленей, моржей и других знакомых нам животных.

Традиционно считалось, что карнивораморфы постепенно получили конкурентное преимущество и вытеснили более древних хищников. Одним из предполагаемых преимуществ называлось строение зубов, позволявшее им эффективнее приспосабливаться к различным типам пищи.

Однако значительная часть этой гипотезы основывалась на палеонтологической летописи Северной Америки. Ученые решили проверить, будет ли такая же картина наблюдаться в Европе.

Для этого исследователи собрали данные по 155 ископаемым видам плотоядных млекопитающих, живших на протяжении почти всего палеогена. Особое внимание уделялось массе тела животных, поскольку этот показатель тесно связан с их экологической ролью.

Размер хищника существенно влияет на то, какую добычу он способен преследовать, сколько энергии ему необходимо и какое положение он занимает в пищевой системе. Крупный хищник обычно взаимодействует с экосистемой совершенно иначе, чем небольшое животное размером с куницу или лису.

Определить массу давно вымершего животного непосредственно невозможно, однако палеонтологи используют размеры сохранившихся частей скелета. Особенно информативными являются зубы. Между определенными параметрами зубной системы и массой тела современных млекопитающих существует достаточно устойчивая зависимость, позволяющая строить модели для ископаемых видов.

Благодаря этому ученые смогли проследить, как менялись размеры представителей различных групп на протяжении миллионов лет.

Результаты оказались неожиданными. В Европе карнивораморфы действительно начали становиться крупнее и разнообразнее по размерам, однако это произошло не одновременно с исчезновением их предполагаемых конкурентов.

Особенно заметные изменения начались вскоре после крупного периода глобального потепления около 40 миллионов лет назад, известного как среднеэоценовый климатический оптимум. В это время температура на Земле существенно повысилась, что сопровождалось перестройкой растительности и целых экосистем.

Карнивораморфы в этот период стали занимать более широкий диапазон размеров тела. Среди них появлялись более крупные формы, которые могли осваивать новые экологические ниши и охотиться на более разнообразную добычу.

Если бы классическая теория жесткой конкуренции была верна в простой форме, следовало бы ожидать, что одновременно с этим гиенодонты начнут быстро терять разнообразие. Но в европейской летописи этого не произошло.

Обе группы продолжали существовать рядом в течение миллионов лет. Гиенодонты сохраняли значительное разнообразие даже после расширения экологических возможностей карнивораморфов. Это наблюдение существенно ослабляет идею о том, что одна группа просто «победила» другую благодаря более удачному устройству зубов или общему эволюционному превосходству.

Настоящий перелом произошел позже, примерно 34 миллиона лет назад, когда климат Земли резко изменился. Планета перешла от сравнительно теплых условий эоцена к более прохладному олигоцену. Этот переход сопровождался формированием крупного ледяного щита в Антарктиде, падением глобальной температуры и серьезной перестройкой среды обитания.

В Европе этот период известен также как Grande Coupure, или «Великий разрыв». Он сопровождался масштабным обновлением состава млекопитающих: часть старых групп исчезла, другие сократили распространение, а на их место пришли новые формы.

Именно после этого климатического перелома европейские гиенодонты начали заметно сокращаться. Таким образом, их упадок лучше совпадает по времени с резким похолоданием, чем с распространением карнивораморфов.

Это позволяет предположить, что изменение климата воздействовало на хищников через всю пищевую сеть. При изменении температуры меняется растительность, вслед за ней — состав травоядных животных, а затем и условия существования хищников.

Для крупного плотоядного даже сравнительно небольшая перестройка экосистемы может иметь серьезные последствия. Исчезновение привычной добычи, распространение новых типов ландшафтов или изменение сезонности способны сделать прежнюю охотничью стратегию менее эффективной.

Разные группы животных реагируют на такие перемены неодинаково. Одни обладают большей экологической пластичностью и способны быстро переключаться между различными видами добычи или средами обитания. Другие оказываются более специализированными и поэтому сильнее зависят от конкретных условий.

Вероятно, именно такое сочетание климатических и экологических факторов постепенно изменяло баланс между древними европейскими хищниками.

Исследование также показывает, насколько опасно строить глобальную эволюционную картину по материалам одного континента. В Северной Америке взаимодействие между хищными группами могло происходить иначе, чем в Европе, поскольку климатические условия, набор видов и географические барьеры существенно различались.

Эволюция редко развивается одинаково во всех частях планеты. Даже при глобальном изменении температуры отдельные регионы испытывают разные последствия, а миграция животных между континентами может дополнительно менять состав экосистем.

Поэтому ученые все чаще рассматривают историю жизни не как единую последовательность событий, а как совокупность региональных сценариев, связанных между собой климатом, географией и миграциями.

Новая работа интересна еще и тем, что связывает древнюю эволюцию с современными климатическими процессами. Многие линии нынешних крупных хищников сформировались под воздействием климатических изменений прошлого. Их предки переживали периоды потепления, похолодания и перестройки экосистем.

Однако современное изменение климата происходит на значительно более коротком временном масштабе, а природные территории дополнительно фрагментированы городами, дорогами и сельскохозяйственными угодьями. Это может ограничивать способность животных перемещаться вслед за изменением подходящих климатических зон.

История древних хищников показывает, что климат способен менять не только ареал отдельных видов, но и структуру всей пищевой системы. В результате группы, которые миллионы лет занимали доминирующее положение, могут сравнительно быстро утратить его при изменении условий среды.

Основные события можно представить в одну строку: глобальное потепление около 40 миллионов лет назад — увеличение разнообразия и размеров карнивораморфов — длительное сосуществование с гиенодонтами — резкое похолодание около 34 миллионов лет назад — перестройка европейских экосистем — сокращение древних хищников.

Таким образом, борьба за вершину пищевой цепи в древней Европе, вероятно, была значительно сложнее прямого соперничества между двумя группами хищников. Изменения температуры перестраивали целые экосистемы и создавали новые возможности для одних видов, одновременно лишая преимуществ других.