Палеоприключения

"I abide in a goodly Museum,
Frequented by sages profound:
'Tis a kind of strange mausoleum,
Where the beasts that have vanished abound.
There's a bird of the ages Triassic,
With his antediluvian beak,
And many a reptile Jurassic,
And many a monster antique."

May Kendall, 'Ballad of the Ichthyosaurus', Dreams to sell (1887), 14. 

Говорено е много и какво ли не за екологията. Надявам се на всички е ясно вече, че това е наука, която изучава околната среда и нейните компоненти, и няма нищо общо с опакованите в тарелки голи момичета (кофти). Но при цялата главозамайваща комплексност и вълнуващо разнообразие на дейностите, съпътстващи проучванията в тази сравнително млада област на познанието, представете си предизвикателството да реконструираш, проучиш и разбереш процесите, взаимоотношенията и зависимостите между живите същества, обитавали планетата преди десетки, стотици милиони години, когато дори съставът на атмосферата е бил коренно различен. Все същите стремежи - храна, дом, поколение - но постигани (или пък не) при условия, за които днес можем да съдим единствено по малкото останали свидетелства за тях в скалите. С това се занимават странните птици - палеоеколозите.

Та да сме наясно - предмет на палеоекологията не са евентуални палеопротести срещу замърсяващите атмосферата отровни летливи газове на Цехщайново море, нито пък отчаяни палеодействия по съхраняването на мезозойските корали по нашите географски ширини, страдащи от необратимите промени в климата. Палеоекологията използва данни от фосилни и субфосилни останки на организми, за да реконструира екосистемите на миналото. Тя включва изучаването на изкопаемите организми и свързаните с тях останки (например черупки, зъби, цветен прашец, както и семена), които могат да бъдат използвани, за да се интерпретира техния жизнен цикъл, взаимодействия с други организми и природна среда, съобществата и условията, при които фосилните организми са били съхранени в пластовете. Тези интерпретации подпомагат реконструкцията на древните околни среди (т.е. paleoenvironment).

Дисциплината палеоекология е разработена от американския геолог Кърк Брайън (1888-1950). Брайън фокусира изследванията си основно върху климатичните промени през изминалите геологични епохи, като използва информация от фосилни почви и цветен прашец. 

Въпреки богатата информация, която имаме днес относно еволюцията на живота на нашата планета, познанията ни за поведението и взаимоотношенията между организмите от отминали геологични епохи са оскъдни. Палеоекологията без съмнение е една от най-вълнуващите дисциплини в палеонтологията. Реконструирането на древни екосистеми и техните обитатели може да бъде колкото сложно, толкова и интересно и забавно. Но можем ли наистина да разберем как отдавна изчезнали животни, като динозаврите или граптолитите, например, са живели? Как причудливите (от съвременна гледна точка) животни от Шистите Бърджис са живели заедно и как тези екосистеми са се адаптирали към промените в околната среда?

За съжаление е невъзможно да се върнем назад в миналото и просто да наблюдаваме и проучим древните съобщества, подобно на децата от онова филмче от детството, на които така да завиждах - "Векът на динозаврите" (Age of the Great Dinosaurs). Затова, за разлика от тях, на нас ни се налага да разчитаме на многобройните непреки доказателства, за да възстановим миналото, както и на някои предположения.

Палеоекологичните изследвания напомнят до голяма степен детективската работа. Проучването на съвременните екосистеми е относително лесно. За един еколог е от голямо значение как животните и растенията се адаптират към местообитанията си, как взаимодействат помежду си и с околната среда, както и естеството на кръговрата на вечествата и енергията в едно съобщество. Чрез прилагането на различни утвърдени методи специалистите могат да направят точна оценка на числеността и биомасата на дадена група организми, биоразнообразието на екосистемата и нейната трофична структура. Но изкопаемите животни и растения обикновено не са съхранени в обичайната си среда. Меките тъкани и организмите без скелети обикновено са отстранени от процеси на гниене, мършояди и хищници, а твърдите части могат да бъдат транспортирани на значителни разстояния или ерозирали. В крайбрежните съобщества, например, безскелетните организми, като червеи, бързо ще изчезнат заедно с меките тъкани на скелетните и черупчести животни; отделните елементи от скелетите на гръбначни животни, като костните риби, ще се разпаднат на части, а черупките от по две или повече части - ще се разделят. Сравнително бързо ще остане само един пласт от кости и черупки, заедно с някои следи и улеи в утаечните скали. Нещо повече, някои местообитания имат по-голям шанс да бъдат съхранени в пластовете от други - морските се запазват по-често от сухоземните, което също усложнява процеса на цялостното им изучаване.

Съществуват две основни подобласти на палеоекологията. Палеоаутекологията, екология на индивидите (гр. аутос – сам), изучава екологичните характеристики на един вид, условията за съществуването му, реакциите на организмите на въздействието на фактори на средата – морфологични и физиологични промени, биохимични реакции, интензивност на обмяната между организма и средата, влияние на радиацията, на замърсеността на средата. Това е най-старият раздел на екологията. Палеосинекологията (от син – заедно) е екология на съобществата (биоценология) и разглежда цели съобщества и екосистеми. Занимава се с ценозите, пътя на формиране, развитие, структура, динамика, както и взаимоотношението биоценоза/среда, енергетика на биоценозата, продуктивност. Например, аутекологията разглежда в детайли функциите и жизнените характеристики на един коралов вид, докато синекологията изследва структурата и растежа на цял коралов риф, включително взаимоотношенията между отделните видове в състава му и околната среда.

Палеоеколозите често разделят фауната на две основни групи - проксимални и дистални съобщества. Проксималните съобщества през по-голяма част от своето съществуване са се намирали на мястото, където са били отложени и фосилизирани, а след това и открити. Дисталните съобщества са прекарали по-голяма част от съществуването си на места, различни от това, на което са фосилизирани и открити.

Хубав и нагледен пример в това отношение са съобществата Франкстоун, датирани от късен Кампан (~70 млн. години). Проксималните съобщества в състава им са обитавали плитки, крайбрежни води. Тези съобщества включват видове раци, омари, химероиди (да не се бърка!), акули, скатове, костни риби, морски костенурки и мозазаври. В резултат на голямото количество хранителни вещества във водите на съобществата Франкстоун се наблюдава изключително фаунистично разнообразие и наличие на многобройни хищници. Голямата численост и видовото разнообразие на фауната, хранеща се с мекотели, като химероиди, рогови акули, скатове (Brachyrhizodus species), пикнодонти, костната риба паралбула (Paralbula casei) и мозазаври (Globidens), предполагат, че тази фауна е обитавала обширни мидени банки, с богато разнообразие от черупчести мекотели. Разнообразието от акули и скатове показва, че водата е била с нормална океанска соленост. В съобществата Франкстоун има следи от най-малко три дистални съобщества - дълбоководни, сухоземни и крайречни. За наличието на дълбоководни съобщества може да се съди по присъствието на останки от амонити, мозазаври и морски костенурки в отложенията. За сухоземните съобщества може да се съди по наличието на останки от дървесина и динозавърски кости. За тяхното наличие има две възможности - те може да са били депозирани в морето от вливаща се река или да са били измити от морската вода от скали, в които вече са били отложени от някога протичала там река. За наличието на речни съобщества може да се съди по останките от сладководни риби, сладководни акули (Lissodus), мекочерупчести костенурки и крокодили. Цялата тази съвкупност от хиляди животински останки, предположения и възможности за тяхното отлагане и пътя, по който може би са преминали, за да застинат във времето в именно тези скали... Това е магията на неизвестното в науката! Двигателят, горивото. Нещо, на което си струва да бъде посветен цял живот.

Фосилна колекция от съобществата Франкстоун

Интересно разклонение на палеоекологията е т. нар. еволюционна палеоекология. Под еволюционна палеоекология се имат предвид проучванията, които се фокусират върху екологичния контекст на еволюционните промени в дългосрочен план (т.е. макроеволюционни), които се наблюдават във фосилните записи. Valentine (1973:2) дефинира еволюционната палеоекология като "изучаване на еволюцията на биологичната организация"; Kitchell (1985:91) уточнява, че това включва "макроеволюционните последствия от екологичните стратегии". Тези дефиниции разграничават еволюционната палеоекология от това, което Kitchell нарича просто палеоекология, която по дефиниция е "изучаване на древни екологични съобщества, с което се допълват теориите в геологичните науки, по-конкретно анализ на съобществата и реконструкция на древните екосистеми". 

Така дефинирана, еволюционната палеоекология съществува всъщност от доста време. Още с публикуването на "Произход на видовете" (1859) специалистите са се опитвали да обяснят как околната среда влияе на еволюционната история, най-често използвайки фосилните записи като основен източник на данни (напр. Allmon 1994).

Изумително е как шепа костици може да разкаже цяла история, достойна за бестселър. В своя публикация от 1996 г. палеонтологът Робърт Пърди използва данни от вкаменелости, за да проучи палеоекологията на мегалодона, бялата акула и свързаните с тях видове в западната част на Северния Атлантик. Пърди разделя тези изкопаеми акули в две групи на базата на формата на зъбите им: група с гигантски зъби (характеризира се с относително дебели, силни зъби) и група с малки зъби (характеризира се с по-тънки, по-леко конструирани зъби). Въпреки че мнението на специалистите се различава по отношение на родословието на отделните видове, които Пърди включва във всяка една от тези групи, всички се обединяват около схващането, че мегалодонът е най-съвременният представител на групата с гигантски зъби, а бялата акула е най-съвременният от групата с малки зъби. Проучването на тези две групи акули позволява на Пърди да направи подробни изводи за съответните им предпочитания за плячка и хранителен ареал. И тъй като зъбите на двете групи акули променят формата си с растежа, проучването на Пърди ни дава интригуваща информация относно това къде всеки един от тези видове е израснал, с какво се е хранел, и как техните ареали са се променяли с течение на времето.

Проучването на Пърди свързва по интересен начин историята и екологията на двете групи акули и морските бозайници. На негова база може да се заключи, че още от техния произход в началото на еоцена, преди около 50 милиона години, морските бозайници са представлявали основна плячка на някои от включените в изследването акули. Изглежда, че почти веднага след като са се "върнали" в морето, бозайниците са станали основна мишена за тези акули. По-големите зъби предполагат по-голяма плячка, естествено. И съответно са намирани фосилни гигантски зъби на мегалодони, забити в останки на археоцети, в депозити, датиращи от средата на еоцен (преди около 45 милиона години), което предполага, че тези акули са се хранели с древните китове почти от самия им произход. В края на олигоценската епоха, преди около 30 милиона години, се появяват първите беззъби китове (подразред Mysticeti). Въпреки че техните филтърни плочи рядко се запазват в пластовете, беззъбите китове могат да бъдат лесно идентифицирани по симетричния беззъб череп. Сред най-ранните мистицети е и група, известна като цетотериди, които са с дължина на тялото от 3 до 10 метра и са наподобявали съвременния сив кит (Eschrichtius robustus). Около 15 милиона години по-късно големите представители на мегалодоните изглежда са развили склонност към хранене предимно с беззъби китове. Опашни кости на беззъби китове и прешлени от миоцен-плиоценски депозити (около 5 милиона години) в континенталната част на САЩ често носят дълбоки рани с ясен размер и триъгълна форма от ситно назъбени зъби. Триъгълните, ситно назъбени дентални отпечатъци насочват към възрастните мегалодони като най-вероятни извършители.

В късния олигоцен, почти по същото време, когато баленовите китове са се появили, се появява нов вид морски бозайник. Преди около 26 милиона години в моретата се появява група, родствена на мечките, известна като перконоги (представени днес от тюлени, морски лъвове и моржове). Пърди не намира никакви доказателства за това дали тези ранни морски перконоги са били плячка за гигантско-зъбите или дребно-зъбите акули. Въпреки това, малко след като се появяват сравнително бавно плуващите тюлени (семейство Phocidae), преди около 15 милиона години, те започват да присъстват в менюто на дребно-зъбите предшественици на бялата акула. В миоцен-плиоценски депозити (около 5 милиона години) на мястото на днешен Лий Крийк в Северна Каролина Пърди е намерил два екземпляра от тюлен монах (подсемейство Monachinae) с рани, нанесени от дребно-зъбен предшественик на бяла акула, известна като ксифодон, включително фосилни останки от тюлен монах със забит връх на зъб от ксифодон в тях.

Палеоекологичните изследвания на Пърди разкриват различия в географското разпространение и ареалите на подрастващите индивиди на гигантско-зъбите и дребно-зъби акули. Фосилните останки показват, че гигантско-зъбите обитават водите около Антарктика в късния еоцен (преди около 35 милиона години), когато океана като цяло е по-топъл, отколкото днес, и тези полярни морета са били умерени, а не студени, макар в световен мащаб тенденцията на трайно захлаждане да е вече започнала.

Въпреки, че отдавна е известно, че физическите условия на планетата имат значение за еволюцията, науката изпитва затруднения да обясни как точно. Един основен проблем е, че обикновено липсват пълни данни за естеството на неживата околна среда в геологичното минало, които да позволят сравняването на екологичните и еволюционни промени. Въпреки това, с напредъка в много по-прецизната геохронология и изотопна биохимия все повече специалисти правят много точни сравнения между промените в древните физически условия на околната среда и еволюционните събития от прекамбрия до холоцена, от протистите до хоминидите. Тази дисциплина е известна като геобиология. С напредъка в разбирането на историята на физическите условия на земята ще можем да научим в детайли как животът е реагирал на промените в тези условия, което е и предметът на палеоекологията.

Известното фосилно находище FLK, където Мери и Луис Лийки откриват кости на Zinjanthropus boisei

Палеоекологията има пряко отношение и към нашия вид. Реконструирането на условията, които в миналото са довели до появата или изчезването на видове примати, е важно условие за разбирането на мястото ни в еволюцията. В тази връзка е много важно да бъде разбран екологичният контекст преди и след даден процес на адаптация или изчезване и взаимодействието на древните хоминиди със заобикалящата ги среда, включително и с другите видове, с които са си съжителствали. Важна стъпка в тази посока е натрупването на колкото се може повече информация относно климата, геоморфологията, структурата на хабитатите и животинските съобщества. Тези фактори си влияят взаимно така, че климатът, почвените характеристики и геоморфологията определят типа на растителната покривка, който от своя страна играе фундаментална роля в определянето на това какви други форми на живот ще се развиват в тази екосистема. Изучаването на днешните африкански екосистеми е важно условие за реконструирането на структурата на древните хабитати, в които са живели плиоценските хоминиди. Проучването на древната бозайникова фауна също е необходимо при интерпретирането на плиоценските екосистеми. Фаунистичният анализ може да бъде комбиниран с други изследвания, като палинологични, палеоботанични, изотопни анализи на почвата или зъби, за да се обогатят данните за палеоекологията на предците ни. Първо, фаунистичният състав може да се използва като индикатор за структурата на хабитата. Второ, проучването на фауната в периода, който ни интересува, позволява да се направи сравнителен анализ на древните плио-плейстоценски и съвременните съобщества. Трето, фаунистичните проучвания могат да доведат до по-добро разбиране на взаимоотношенията на хоминидите с конкретни звена на съобществото. Например, изследването на представителите на хищниците може да породи хипотези относно това как хоминидите са избягвали хищници или са се конкурирали с хищниците за достъп до плячката. Не на последно място фаунистичните изследвания могат да отговорят на въпроси относно моделите и процесите в еволюцията на хоминидите и други бозайникови таксони.

Голяма част от палеоекологичните изследвания са фокусирани върху последните два милиона години (кватернера), тъй като по-старите екологични среди са по-непълно представени във фосилните записи. Много от изследванията са съсредоточени върху епохата холоцен (последните 11500 години) или последния ледников период от плейстоцена (преди 50 000 до 11 500 години). Такива изследвания са полезни за разбирането на динамиката на промените в екосистемите и за реконструиране на прединдустриалните екосистеми, на базата на което може да се правят заключения за съвременните промени с антропогенен характер. Всичко това отрежда на палеоекологичните изследвания важно място и в природозащитата, като основа за опазването на околната среда днес.

Материалът е публикуван в Наука OffNews

Честита ви нова обиколка, от мен да мине!

Нова година, нова обиколка на Земята около слънцето и все същите хора. Всяка година те решават на точно този ден, с нищо не по-специален от другите, да похарчат голяма част от трудно спечелените си пари за свръхпреяждане, препиване и химически реакции с отделяне на светлина, задушливи газове и тук-таме пръсти. Посрещат новата обиколка така, сякаш са имали опасения, че нещо ще я възпрепятства. И сякаш без тези ритуални самовзривявания, алкохолни отравяния и финансови извращения тя просто няма как да се случи. А сте спрели да харчите, пиете и гърмите в края на дадена обиколка, а не се е случила новата. Научно доказано е!  И не говоря за младежите, у които такива изблици са някак разбираеми и дори очаквани, все пак техните тела са под влияние на небалансиран коктейл от хормони, способен и на по-исторически приключения. Говоря за зрели, образовани хора с мнение по всички важни въпроси – от международните отношения, до лечението на тумори. Но това постоянство на хората носи и някакво спокойствие. Явно, колкото и да настояват Ню ейдж последователите, не сме на прага на нова епоха в развитието на вида ни. Стоим си закотвени и не мърдаме, спокойно. Ха честита ви нова обиколка и догодина да не забравите да дадете тласък на следващата, ей! :)