Океанские акулы подверглись массовому вымиранию 19 миллионов лет назад

Рис. 1. Плакоидные чешуи (кожные зубчики) акул из глубоководных отложений Тихого океана, слева — «линейные», справа — «геометрические». Числа — номера морфотипов, крестиками отмечены вымершие морфотипы. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Палеонтологические данные подробно рассказывают об истории прибрежных, относительно мелководных морских местообитаний. Ископаемая летопись открыто-океанических экосистем, напротив, скудна и труднодоступна. Но все же она существует и ее можно изучать по кернам, добытым в ходе глубоководного бурения. Используя новый метод оценки разнообразия акул по сохраняющимся в донных осадках плакоидным чешуям (кожным зубчикам), американские палеонтологи показали, что 19 миллионов лет назад (в раннем миоцене) акулы открытого океана подверглись массовому вымиранию, после которого так и не смогли восстановить былую численность и разнообразие. Вымирание было быстрым по геологическим меркам (возможно, заняло не более 100 тысяч лет) и привело к сокращению разнообразия океанических акул на 70%, а численности — более чем на 90%. Причины вымирания не ясны. Имеющиеся данные не позволяют связать его ни с климатическими изменениями, ни с конкурентным вытеснением со стороны ныне господствующих групп крупных океанских хищников, чья дивергенция началась на 2–5 миллионов лет позже.

На современных континентах много доступных для изучения отложений, сформировавшихся на дне относительно мелководных (в том числе эпиконтинетальных, см. Inland sea) морей и прибрежных (шельфовых) участков океана. Почти всё, что известно палеонтологам об истории морской биоты, относится именно к таким, не слишком удаленным от суши местообитаниям. Гораздо хуже обстоит дело с изучением древних открыто-океанических сообществ. Океаническая кора, на которой накапливаются соответствующие осадки, обычно так и остается на дне океана до тех пор, пока не погрузится в мантию в зоне субдукции.

Но всё же палеонтологи ищут и находят подходы к изучению открыто-океанических отложений, доступ к которым они получают благодаря программам по глубоководному бурению. Это, конечно, всего лишь керны, в которых мало шансов найти что-то крупное и впечатляющее вроде целого скелета кита или хотя бы рыбы. Однако и микропалеонтологические (см. Micropaleontology) данные могут, как выясняется, многое рассказать о древних обитателях открытого океана.

В статье, опубликованной 4 июня в журнале Science, американские палеонтологи Элизабет Сиберт (Elizabeth Sibert) и Лия Рубин сообщили об удивительном открытии, которое они сделали в ходе изучения так называемых ихтиолитов (см. Ichtyolith) — мелких акульих чешуй (кожных зубчиков) и зубов костных рыб в кернах из двух точек глубоководного бурения в Тихом океане.

Первая точка — скважина 596 проекта DSDP (Deep Sea Drilling Project); координаты — 24° Ю. Ш., 166° З. Д. (Юго-Западная Пацифика). Глубина океана в этом месте 5700 м. Вторая точка — скважина 886 проекта ODP (Ocean Drilling Program); 45° С. Ш., 168° З. Д. (Северная Пацифика), глубина 5720 м. Таким образом, изученные пробы представляют весьма удаленные друг от друга районы Тихого океана.

Авторы воспользовались методами извлечения и подсчета ихтиолитов, которые ранее были разработаны Сиберт и ее коллегами (E. C. Sibert et al., 2017. Methods for isolation and quantification of microfossil fish teeth and elasmobranch dermal denticles (ichthyoliths) from marine sediments). В общей сложности из кернов удалось извлечь 1263 акульих чешуйки: 798 из южного керна и 465 из северного. Керны хорошо изучены, поэтому возраст каждой пробы и каждого зубчика определяется вполне надежно.

Все найденные зубчики Сиберт и Рубин разделили на 85 морфологических типов, которые, в свою очередь, объединяются в три группы: линейные (с продольными желобками и ребрами, рис. 1, слева), геометрические (сложной угловатой формы, рис. 1, справа) и гладкие. Чтобы понять, как морфология зубчиков соотносится с классификацией самих акул, авторы проанализировали опубликованные данные по чешуе 152 современных видов. Выяснилось, что у большинства видов акул присутствуют зубчики только одного или двух морфотипов, а большинство видов зубчиков встречаются только у одного или двух акульих семейств. Не по всякому кожному зубчику акулу можно определить до вида, но морфологическое разнообразие зубчиков, тем не менее, неплохо отражает таксономическое разнообразие акул в выборке.

Основные результаты исследования показаны на рис. 2. Число и разнообразие акульих чешуй в открыто-океанических донных осадках резко снизилось в раннем миоцене, около 19 миллионов лет назад. В дальнейшем оно так и осталось низким. Это нельзя объяснить тафономическими причинами, то есть тем, что кожные зубчики акул почему-то (например, из-за некого изменения химии океана) перестали сохраняться в ископаемой летописи. Дело в том, что мелкие зубы костных рыб, сделанные из того же материала (биоапатита) и обладающие, по-видимому, практически таким же «потенциалом фоссилизации», продолжают встречаться выше роковой отметки 19 млн лет примерно в том же количестве, что и в более древних, палеогеновых отложениях (рис. 2, справа). При этом в древних слоях на один акулий зубчик приходится примерно пять, а в слоях моложе 19 млн лет — примерно сто рыбьих зубов. Исчезновение некоторых морфотипов не точно на рубеже 19 млн лет, а немного раньше, почти наверняка объясняется неполнотой летописи и эффектом Синьора — Липпса.

Рис. 2. Распределение акульих чешуй (кожных зубчиков) в пробах разного возраста. По вертикальной оси — время в миллионах лет назад. На основном графике по горизонтальной оси — номера морфотипов зубчиков. Значками показано присутствие морфотипов в пробах разного возраста. Показаны объединенные данные по обеим скважинам (северной и южной). Квадраты — геометрические зубчики, круги — линейные, треугольники — гладкие. Цвет значка отражает количество зубчиков в пробе (Count, см. легенду в верхнем левом углу). Интервал массового вымирания обозначен горизонтальной серой полосой. Верхний ряд значков обозначает морфотипы, имеющиеся у современных акул; оттенками показано число акульих семейств, у которых есть зубчики данного морфотипа (Families). На правых графиках по отдельности для двух скважин показано отношение числа акульих зубчиков к числу зубов костных рыб (синие треугольники), а также скорости накопления зубчиков (коричневые точки) и рыбьих зубов (серые точки) в расчете на квадратный сантиметр морского дна за миллион лет. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Эти данные говорят о том, что 19 млн лет назад произошло массовое вымирание открыто-океанических акул. Удивительно, что о таком масштабном событии ученые до сих пор даже не подозревали! За очень короткий по геологическим меркам отрезок времени (по оценкам авторов, он вряд ли превышал 100 000 лет) разнообразие акульих чешуй в донных осадках сократилось на 70%, а их обилие — более чем на 90%.

Из тех 30% морфотипов, которые пережили кризисный рубеж, только треть (10%) реально присутствуют в более молодых слоях в изученных скважинах. Остальные 20% в этих слоях не найдены, но встречаются у современных акул. Таким образом, без учета данных по современной фауне получилось бы, что разнообразие сократилось на 90%. После кризисного рубежа в ископаемой летописи не появилось ни одного нового типа зубчиков. Это значит, что океанические акулы так и не смогли восстановиться после кризиса.

Авторы отмечают, что открытое ими раннемиоценовое вымирание океанских акул по масштабу даже превосходит мел-палеогеновое массовое вымирание, когда акулы потеряли примерно 45% видового разнообразия. Правда, эта последняя оценка сделана по данным «обычной», то есть в основном прибрежной ископаемой летописи, в которой раннемиоценовое вымирание не заметно, см.: J. Kriwet, M. J. Benton, 2004. Neoselachian (Chondrichthyes, Elasmobranchii) diversity across the Cretaceous–Tertiary boundary). Кроме того, после мел-палеогенового вымирания выжившие акулы стали быстро дивергировать, породив много новых таксонов, а после раннемиоценового вымирания подобного восстановления не произошло. В любом случае ясно, что до раннемиоценового вымирания, в палеогене, акулы играли гораздо более важную роль в открыто-океанических сообществах, чем в последующие эпохи, включая современную.

У большинства современных акул кожные зубчики относятся к линейному типу (рис. 1, слева). Считается, что такие чешуйки повышают эффективность плавания, помогая акулам преодолевать большие расстояния. «Геометрические» зубчики сегодня встречаются у малоподвижных подстерегающих хищников, обитающих на больших глубинах, таких как бразильская светящаяся акула (Isistius brasiliensis) и карликовая акула Etmopterus perryi. Из 33 геометрических морфотипов, встречающихся в палеогене и самом начале миоцена, до наших дней дожили 6, причем в ископаемом состоянии в послекризисных отложениях найден только один из них (уровень вымирания 82%). Из 53 линейных морфотипов сегодня существуют 18, в ископаемом состоянии из них найдено 6, уровень вымирания 66%. Относительное обилие геометрических зубчиков упало с 35% в палеогене до 3% в послекризисные эпохи. На основе этих данных авторы допускают, что раннемиоценовое вымирание сильнее ударило по относительно малоподвижным видам, тогда как у видов, способных к дальним миграциям, шансов уцелеть было больше.

Самое загадочное в новооткрытом вымирании — это его причины, точнее, полное отсутствие каких-либо намеков на то, в чём эти причины могли состоять. В раннем миоцене вроде бы не было серьезных климатических изменений. Драматические события конца эоцена — начала олигоцена (см. Эоцен-олигоценовое вымирание) происходили на 15 миллионов лет раньше, а потепление в середине миоцена (миоценовый климатический оптимум) — на несколько миллионов лет позже. Вообще в раннем миоцене в морях и океанах как будто ничего особо интересного не происходило. Впрочем, как отмечают авторы, открыто-океанические данные по этому интервалу крайне скудны: лишь в 10% глубоководных скважин, пробуренных до слоев более древних, чем нижний миоцен, есть непрерывный разрез раннемиоценовых отложений. Это указывает на общее замедление процесса осадконакопления, причины которого, опять-таки, неизвестны.

Раннемиоценовое вымирание открыто-океанических акул нельзя объяснить и конкурентным вытеснением со стороны тех групп крупных пелагических хищников, которые доминируют в открытом океане в наши дни. Эти группы (в том числе тунцы, марлины, клюворылые и усатые киты) начали быстро дивергировать лишь спустя несколько миллионов лет после массового вымирания акул. Теоретически вымирание акул могло способствовать их дивергенции (создав вакантные ниши), но не наоборот. С другой стороны, расплодившиеся конкуренты, возможно, не позволили акулам восстановить своё былое разнообразие. Таким образом, в течение нескольких миллионов лет после раннемиоценового акульего вымирания фауна крупных хищников открытого океана радикально преобразилась, приняв в целом современный облик. В этом виде она просуществовала вплоть до современной эпохи, когда ей стало грозить новое массовое вымирание.

Источник: Elizabeth C. Sibert and Leah D. Rubin. An early Miocene extinction in pelagic sharks // Science. 2021. DOI: 10.1126/science.aaz3549.

Александр Марков