Млекопитающие выросли от холода и простора

Текст: Надежда Маркина/Infox.ru

Динозавры лишь дали толчок к развитию млекопитающих. Однако новые хозяева планеты выросли в размерах удивительно быстро. Палеобиологи попытались выяснить, почему.

Млекопитающие – самая разнообразная группа наземных позвоночных, в том числе по размеру – от крошечной землеройки (около 2 г) до африканского слона (10-12 тонн). Самое крупное в истории Земли млекопитающее -- семнадцатитонный индрикотериум (Indricotherium transouralicum), похожий на гигантского безрогого носорога, жил в Евразии 34 млн лет назад. Но появились млекопитающие (примерно 240-230 млн лет назад) очень скромно и незаметно – мелкие животные, ведущие ночной образ жизни. В течение долгого времени они оставались такими: размер млекопитающих колебался от 3-5 г до 10-15 кг, так что только самые крупные из них равнялись по размеру мелким динозаврам. Перелом произошел с вымиранием динозавров – 65 млн лет назад. Это событие открыло млекопитающим дорогу к достижению больших размеров и разнообразия, говорят ученые, изучив закономерности эволюции размеров тела этих животных. Международная команда из Мексики, США, Израиля, Финляндии, Швеции и Канады составила уникальную базу данных размеров млекопитающих, живших в разные эпохи на разных континентах.

Одни гиганты освободили место другим

экологическая нищаМесто, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в биоценозе. Представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке.

«Когда вымерли гигантские динозавры, освободились огромные ресурсы растительной пищи, -- объясняет Джессика Теодор (Dr. Jessica Theodor), доцент Университета Калгари (University of Calgary), участник исследования. – Ими воспользовались млекопитающие. Но для того, чтобы питаться растительностью энергетически эффективно, им надо было увеличиться в размере». Перестройка произошла по эволюционным меркам невероятно быстро: за 25 миллионов лет млекопитающие выросли от 10-15 кг до 17 тонн. При этом все экосистемы, по словам ученых, переориентировались на млекопитающих, которые достигли огромного разнообразия и заняли экологические ниши, освобожденные динозаврами.

Биологи впервые просчитали такой сценарий математическими методами. Для этого они собрали базу данных по размерам всех современных и вымерших млекопитающих. Для каждой группы животных, живущей в разные эпохи, исследователи нашли самого крупного зверя. И построили кривые увеличения максимального размера тела отдельно для каждого из 15 отрядов и для каждого из четырех континентов: Евразия, Африка, Северная и Южная Америка. Для оценки размеров тела вымерших зверей ученые пользовались ископаемыми остатками, в частности, зубами, которые довольно точно соответствуют размеру тела.

Млекопитающие росли по единому сценарию

распределение ГомпертцаСтатистическое распределение, изначально описывающее смертность человека и некоторых животных. Получено математиком Бенджамином Гомпертцом (Benjamin Gompertz) в 1825 году.

Кривые во всех случаях получились удивительно похожими. Все имели характер «распределения Гомпертца» -- начинались с нерезкого подъема, затем следовал экспоненциальный рост, выход на плато и некоторый спад. Траектории роста и его скорость совпали для всех континентов и для всех групп млекопитающих.

Наибольшего размера достигли травоядные млекопитающие: уже упоминавшиеся индотериумы (непарнокопытные), дейнотериумы (древние хоботные). В пределах от 40 до 34 млн лет на всех континентах гигантские травоядные заполнили сходные экологические ниши. Хищные млекопитающие увеличивались в размерах по тому же сценарию, хотя никогда не достигали такой величины, как травоядные. Для наземного плотоядного зверя по законам физиологии предельная масса составляет около тонны. Этого предела около 40 млн лет назад достигли креодонты (Creodonta) – вымершие плотоядные млекопитающие, предшествующие настоящим хищным (Carnivora). В отношении млекопитающих действует такой закон: максимальная масса хищных примерно на порядок меньше массы травоядных, так масса тигров, львов и медведей примерно на порядок меньше массы слонов.

Помогли пространство и холод

Глобальный сценарий укрупнения млекопитающих подсказал ученым, что он реализовывался под влиянием одних и тех же внешних факторов. Они сравнили кривые увеличения размеров с кривыми изменения глобальной температуры, уровня кислорода в атмосфере и площадью суши. Анализ показал, что достоверное влияние на экспоненциальную фазу укрупнения оказали два фактора: температура и площадь суши.

правило БергманаУ теплокровных животных общая теплопродукция зависит от объема тела, а скорость теплоотдачи — от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объем тела растет быстрее, чем его поверхность. Поэтому виды, живущие в холодных регионах (например, белые медведи и киты), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран (например, многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам.

Эти факторы связаны между собой, говорят ученые, поскольку в период похолодания вода скапливается в ледяных щитах, уровень океана понижается и открывается больше наземного пространства. По графику, приведенному в статье, в период от 65 млн лет назад до 55 млн лет назад прибавка наземного пространства составила около 10⁷ км². Очевидно, что крупному зверю требуется большая площадь с кормовыми ресурсами, поэтому расширение суши способствовало укрупнению. Что касается климата, то здесь действует правило Бергмана. В соответствии с ним, у крупных животных ниже отношение поверхности тела к объему, поэтому они легче переносят холод. Так что похолодание также способствует укрупнению.

Конечный вывод ученых состоит в том, что первичный рост млекопитающих вызван гибелью динозавров. Из-за него млекопитающие смогли разнообразиться. Но затем главную роль в росте размеров начали играть температура и площадь суши.

Статья о том, почему млекопитающие выросли, опубликована в Science.