16.06.2014

В силурийских отложениях Китая найден древнейший позвоночный хищник

Китайские палеонтологи нашли в силурийских отложениях остатки хищной рыбы, размер которой примерно в три раза превосходит максимальные размеры других позвоночных той же эпохи (и более ранних эпох тоже). В силурийском периоде эволюция рыб только началась. Найденная рыба, вероятно, была первым во всей эволюционной истории хищником, питавшимся другими позвоночными. Заодно эта находка опровергает гипотезу, согласно которой до конца силура размер позвоночных ограничивался слишком низким содержанием кислорода в атмосфере. Видимо, для эволюции рыб в тот период биотические факторы были важнее физических.

Девонский период (419–358 миллионов лет назад) часто называют «веком рыб». Действительно, наземные позвоночные тогда едва появились и были очень редки, а вот рыб было много. В девонских водоемах жили и хрящевые рыбы, и разнообразные костные, и представители вымерших классов панцирных рыб и акантод.

В предыдущем периоде — силурийском (443–419 миллионов лет назад) — рыб было гораздо меньше. По всей вероятности, силур и есть время их возникновения. В водоемах силура господствуют более примитивные позвоночные — бесчелюстные; рыбы же появляются только во второй половине этого периода, они немногочисленны и невелики по размеру.

В последние годы палеонтологи открыли ряд новых рыб из силура, получив в результате ценные сведения о начале эволюции рыб в целом (см. Открыто ископаемое, сочетающее признаки панцирных и костных рыб, «Элементы», 02.10.2013). Но у всех этих находок есть одна особенность. Никакие силурийские позвоночные — ни бесчелюстные, ни рыбы — не достигают размера больше 35 сантиметров. В девоне это меняется, и некоторые рыбы становятся крупными, вплоть до десятиметровых (дунклеостеус, например). Но до начала девона 35 сантиметров — предел размера для позвоночных. По крайней мере, так до последнего времени считалось. Это даже привело к идее, что размер позвоночных ограничивался концентрацией кислорода в морской воде, которая до начала девона была слишком низкой, а потом выросла. Известно, что подобные изменения в принципе могут происходить относительно быстро (см. Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком, «Элементы», 24.10.2006).

Однако в этом году группа китайских палеонтологов опубликовала описание силурийской рыбы, гораздо более крупной, чем все найденные раньше. Новая находка изучалась в пекинском Институте палеонтологии позвоночных и палеантропологии (Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology) под руководством крупнейшего палеоихтиолога Минь Жу (Min Zhu). Поучаствовал в работе и один палеонтолог из Австралии — Брайан Чу (Brian Choo), известный своим умением профессионально рисовать: на его художественной странице можно найти много прекрасных изображений ископаемых животных.

Вновь найденная рыба получила от первооткрывателей название Megamastax amblyodus. Родовое название Megamastax составлено из греческих корней и означает нечто вроде «большие челюсти». Надо заметить, что кроме челюстей (нижней и фрагмента верхней) от этой рыбы, собственно, пока ничего и не нашли. Так что информации о ней маловато. Но для нескольких четких выводов — достаточно.

Итак, что можно сказать о мегамастаксе? Он, несомненно, жил в силуре: возраст слоя, в котором он найден, составляет не менее 423 миллионов лет. Это поздний силур, и даже не самый его конец. Также несомненно, что мегамастакс относится к костным рыбам: его челюсти имеют набор костей, вполне типичный для представителей этого класса. Родственные связи мегамастакса внутри костных рыб менее ясны, потому что слишком уж неполон материал; авторы описания высказывают предположение, что он близок к кистеперым рыбам, но от категоричности воздерживаются.

Какого мегамастакс был размера? Ответить на этот вопрос точно, имея в руках только челюсти, конечно, нельзя. К счастью, есть другие силурийские костные рыбы, более мелкие, чем мегамастакс, но сохранившиеся гораздо лучше. Тщательное сравнение с ними (в особенности с Guiyu oneiros) как раз и позволило оценить размер новой находки. Палеонтологи нашли остатки двух экземпляров мегамастакса, один из которых крупнее другого. Промеры и расчеты показали, что полная длина одного экземпляра, скорее всего, была не менее 645 и не более 904 миллиметров, а длина второго — не менее 868 и не более 1215 миллиметров. Видимо, первый экземпляр был моложе. Ну а взрослый мегамастакс — это, грубо говоря, рыбина длиной примерно в метр.

Мегамастакс наверняка был хищником: на наружных костях его челюстей сидят типичные для древних хищных костных рыб небольшие «клыки» — орудия захвата добычи. Но какой была эта добыча? Внимание исследователей привлекли так называемые венечные кости мегамастакса, расположенные на внутренней стороне его нижней челюсти. На этих костях тоже сидят зубы, но не острые, как у большинства других хищных рыб, а притупленные, с широкими основаниями. Видимо, мегамастакс специализировался на крупной, но твердой добыче, которую надо было раздавливать. Весьма вероятно, что этой добычей были многочисленные в силуре панцирные бесчелюстные (рис. 1). И если так, значит мегамастакс — самый древний позвоночный хищник, специализирующийся на питании другими позвоночными. До него такой экологической ниши не существовало.

И наконец, открытие мегамастакса дает основательную пищу для размышления о старой проблеме: как в ходе истории Земли менялась концентрация кислорода в ее атмосфере и как это влияло на эволюцию жизни?

В общих чертах ясно, что чем больше в окружающей среде кислорода, тем более крупное тело можно этим кислородом без труда обеспечить. В особенности это важно для активно двигающихся животных, тратящих много энергии, — таких, как хищные рыбы.

Между тем известно, что в силуре концентрация кислорода в атмосфере и гидросфере Земли была заметно ниже, чем в первой половине девона. Есть подтвержденная некоторыми геохимическими данными гипотеза, что повышение содержания кислорода на рубеже силура и девона было резким (см. T. W. Dahl et al., 2010. Devonian rise in atmospheric oxygen correlated to the radiations of terrestrial plants and large predatory fish) и что именно этим было вызвано появление в начале девона крупных рыб (см. T. W. Dahl, E. U. Hammarlund, 2011. Do large predatory fish track ocean oxygenation?). Тут авторы гипотезы даже привлекли расчеты из области количественной физиологии, вроде бы показывающие, что рыба длиной 1 метр и больше неспособна жить при таком содержании кислорода, какое было в силуре. И всё это сложное построение опрокидывается единственной находкой мегамастакса. Теперь более правдоподобной выглядит версия, что рост концентрации кислорода в конце силура и начале девона был плавным, а влияние этого процесса на эволюцию рыб — лишь косвенным.

Открывателям мегамастакса куда более близка идея, что появление такой крупной рыбы — это не следствие изменения газового состава атмосферы Земли, а симптом усложнения самого сообщества водных позвоночных. Именно к концу силура это сообщество стало достаточно многочисленным, чтобы в нем смог появиться хищник, питающийся своими эволюционными родичами. Если так, значит в данном случае внутренние факторы эволюции (структура сообщества и темп видообразования в нем) оказались важнее внешних, планетарных.

Сергей Ястребов

Источники:

1. elementy.ru