Моллюски (двустворчатые) правят нашими пляжами. Вы их копаете, варите на пару, едите ведрами. А брахиоподы? Гораздо реже. Их редко встретишь, и если вы вдруг увидите раковину, то скорее всего, поначалу не узнаете в ней моллюска, хотя эволюционно это совершенно разные существа. Брахиоподы едва пережили Великое вымирание. Их почти полное стирание из истории — это история метаболической слабости, столкнувшейся с враждебным миром.
Новое исследование Стэнфордского университета проливает свет на эту древнюю трагедию. Речь идет не только о том, какие животные где жили. Речь о том, что их тела могли физически выдержать.
Физиологическое преимущество в эпоху вымирания
Мы знаем, что уничтожило 96% морской жизни 252 миллиона лет назад. Извержения Сибирских траппов высвободили жар, углекислый газ и лишили океаны кислорода. Но почему одни группы исчезли, а другие процветали? Почему медлительные донные фильтраторы оказались раздавлены, а подвижные пловцы и копатели смогли адаптироваться?
Ответ кроется в том, как организмы усваивали кислород, когда их мир охватил пожар.
Исследователи во главе Хосе Андресом Маркесом и Эриком Андерсом Сперлингом заглянули за пределы летописи окаменелостей. Окаменелости показывают, кто жил, но не всегда объясняют, почему определенные типы метаболизма давали сбой при повышении температуры. Команда изучила живых потомков как палеозойских гигантов (проигравших), так и современных выживших.
Метаболизм против температуры
Брахиоподы эффективны. В холодной, стабильной воде их низкоэнергетический образ жизни работает безупречно. Они фильтруют частицы, неподвижно сидят и экономят калории.
Но эффективность становится ловушкой, когда температура резко возрастает.
«У брахиопод и других организмов с низким метаболизмом были очень узкие диапазоны толерантности к высоким температурам».
Когда вода нагревается, химические реакции внутри организма ускоряются. Потребность в кислороде резко возрастает. Одновременно с этим теплая вода удерживает меньше кислорода, чем холодная. Получается жестокий парадокс: животным, нуждающимся в большем количестве газа, доступно его меньше.
Медленный метаболизм брахиопод не позволил им быстро увеличить потребление кислорода. Они задохнулись не только из-за нехватки кислорода в воде, но и из-за внутренней неспособности переработать то ничтожное количество, которое осталось.
Как активные выжившие справлялись с жарой
Современные выжившие, такие как двустворчатые моллюски, улитки и морские звезды, устроены иначе. Они «неэкономны». Они тратят много энергии. Они двигаются.
Но этот высокоэнергетический двигатель дает им суперсилу: пластичность. Когда во время события массового вымирания температура выросла, эти животные смогли увеличить скорость дыхания. У них была мышечная и дыхательная система, позволяющая поглощать больше кислорода и использовать его. У них было «оборудование», как выражается Сперлинг, для преодоления стресса.
Именно так разная физиологическая толерантность определила уровень вымирания.
Исследователи поместили животных из обеих групп в контролируемые камеры и наблюдали за потреблением кислорода при имитации нагрева воды.
- Брахиоподы лучше выживали в условиях низкого содержания кислорода и прохладной воды.
- Они умирали первыми, как только добавлялось тепло.
- Активные двустворчатые и моллюски гораздо лучше переносили жару, так как их системы могли увеличивать потребление кислорода.
Подъем моллюсков и современных океанов
Этот биологический фильтр навсегда изменил океан.
До 252 миллионов лет назад брахиоподы были доминирующей группой. Они ковром покрывали морское дно. Теперь? Сохранилось менее 400 видов. Напротив, двустворчатые (мидии, устрицы, моллюски) и брюхоногие (улитки) пережили взрывной рост. Сегодня насчитывается от 10 000 до 15 000 видов двустворчатых моллюсков.
Почему двустворчатые моллюски доминировали в поствымирательных океанах?
Потому что они могли дышать в более горячей воде. Потому что их мышцы позволяли переключиться на копание, ползание и укрытие от меняющейся химии воды. Океаны, в которых мы плаваем сегодня, населены самыми выносливыми, быстрыми и прожорливыми. Неподвижность брахиопод не выдержала испытания хаотичным новым миром.
Предостережение в древних раковинах
Закисление океана, вероятно, усугубило ситуацию для создателей раковин. Но главным механизмом гибели была гипоксия, вызванная нагревом. Океан не мог удерживать кислород, одновременно требуя его всё больше.
Сравнение с современностью выглядит пугающе.
Во время Великого вымирания глобальные температуры выросли на 8–12 °C за несколько тысяч лет. Сегодня мы прогнозируем повышение на 1,5–4 °C к 2100 году. Это быстрее. Это сжато во времени.
«Плохая новость в том, что мы движемся к уровню потепления пермского времени при наихудших сценариях», — предупреждает Сперлинг.
Животные с жестким, медленным метаболизмом есть и у нас сегодня. Вспомните коралловые рифы. Они обесцвечиваются, когда вода нагревается лишь немного. Они потеряли свою буферную защиту. Мы наблюдаем возвращение физиологической хрупкости древних выживших.
Можно ли это исправить? Исследование отмечает, что да. Мы можем изменить траекторию. Но мы не можем изменить законы химии. В теплой воде содержится меньше кислорода. Биология все еще требует его. Те существа, которые преуспеют, — это те, кто сможет компенсировать этот разрыв. Моллюски адаптировались. А сможем ли мы?
